相控阵雷达原理

图1列出了按行、列方式馈电的有源平面相控阵天线原理图，它是将平面相控阵天线分为多个列馈的典型例子。

该雷达工作在S波段，是一个有源相控阵天线，其发射馈线包括一个行馈和多个列馈，每一列馈为一个功率分配网络，其多个输出段分别接入该列天线各 T/R 组件中功率放大器的输入端。T/R 组件里接收电路的输出信号传送至接收馈线功率相加器的输入端，经功率合成后再经下变频器、中放、A/D 变换，变为二进制信号，传送至数字式的行馈波束形成网络。采用这种方式的主要目的是便于在方位上用数字方式形成接收波束。

图2列出了一种有源子天线阵组合馈电接收系统框图。

整个有源相控天线阵分为m个子阵，每个子阵有n个天线单元通道，每个天线单元上接有一个T/R组件，T/R组件由低噪声放大器、高功率放大器、移相器、T/R开关等功能电路组成。在图中，m 个子阵相加网络形成 m 个接收通道，每个子阵相加网络的输出端均接有子阵接收机（SAR）。 各子阵接收机的输出经多波束相加网络处理后，可得到L个接收波束（B1，B2，···，BL），每个波束的输出分别连接到相应的波束通道信号处理器。

图中可以看出，各子阵接收机的输出为正交双通道，则输出为数字正交信号（Ii，Qi）保留了信号的幅度和相位信息，图中所示的多波束相加网络应该是数字波束形成（DBF）。美国为弹道导弹防御系统研制的早期预警相控阵雷达“铺路爪”AN/FPS-115， 发射机采用固态功率放大器件，作为第一部二维相位扫描有源相控阵雷达，一般探测距离可达4800km， 对雷达截面为10m²的潜射弹道导弹探测距离可达5500km。 AN/FPS-115 采用密度加权方式，且是收发合一的天线阵面，因而有源天线单元总数约有 1800 个固态 T/R 组件。

“铺路爪”大型远程相控阵雷达 AN/FPS-115 采用空间功率合成模式，可获得探测与跟踪多目标高功率的要求（其发射机总的输出峰值功率 600kW，平均功率 150kW），这样可以降低对于馈线系统承受的高功率、传输线损耗以及发射系统对初级电源的功率要求，从而增强了整个馈线系统的综合化、标准化、模块化设计程度。

图 3给出了 AN/FPS-115 全固态大型有源相控阵雷达发射功率分配系统与子天线阵接收机系统的框图，整个雷达天线阵分为五十六个子天线阵，每个子天线阵内的功率分配网络及所有 T/R 组件均相同，其中功率分配网络为 1/32 功分器。

发射机激励级、子天线阵驱动级和 T/R 组件中的 HPA 的输出功率量级相同，约三百瓦。基于综合化、标准化、模块化设计理念，可以极大程度简化雷达系统设计流程，利于批量生产和降低成本。从图3中可以看出，子天线阵作为公用收发天线，其在 32 个天线单元构成的子天线阵级分别实现接收波束。

相控阵雷达是一种性能优异的多功能扫描雷达，相控阵天线一般是上千个天线辐射单元组成的阵列，用控制阵列中每个辐射单元的馈电相位来改变天线阵面的相位分布，从而无需转动天线座就可以使天线波束灵活、快速扫描。

该雷达除具有普通雷达的数据处理功能外，还可按照目标的位置及其运动情况确定每个天线波束下一步应在什么时刻指向什么方向，以便实现雷达的搜索、跟踪和其他功能。相控阵雷达为综合性雷达，因具庞大的天线阵和较多的配套设备，目前仅限于大型驱逐舰及驱逐舰以上吨位的舰艇安装。

相控阵雷达主要完成对空对海搜索，发现高、中、低空进入的各类作战飞机、反舰导弹及视距内的各种舰艇，根据作战需要和指控系统目标的分配对多个目标实施跟踪，根据指控系统和导弹的要求，对导弹进行跟踪和中制导，根据空战的需求，对我方飞机实施引导及向火炮、导弹系统提供目标跟踪数据，对指控系统提供的目标识别敌我属性 。2100433B