频率步进相控阵雷达原理与实现方案的研究

宽带相控阵雷达是当前雷达技术的发展方向之一;瞬时宽带相控阵雷达的带宽受孔径渡越时间的限制,会造成雷达波束指向的变化。由于频率步进信号是一种瞬时窄带、合成宽带的雷达信号,可以通过脉间配相的改变解决孔径渡越时间、波束指向变化等问题。文中提出了频率步进宽带相控阵雷达的基本原理,并给出了几种频率步进相控阵雷达的实现方案。     

相控阵雷达天线延时技术的发展

介绍了相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下延时补偿技术的发展概况。对天线阵列的波束色散现象以及延时补偿技术对天线方向图的影响进行了分析,并介绍了国内外的一些延时方案。依据延时实现架构,将其分为微波延时、表面声波延时、光延时以及数字延时四类。重点对微波延时的几种不同类型的实现形式进行了描述,并根据微波延时线实现载体的不同,分为GaAs 芯片、射频电缆、印制板和微同轴四种。另外,针对延时拓扑电路进行理论推导分析,说明单延时路径在电路设计上的优势,并分析了基态链路对延时路径的幅度、相位补偿和介质材料对延时量的误差引入。对相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下的延时补偿技术研究有一定参考价值。     

基于匹配处理的相控阵数字波束形成方法

在大孔径宽扫描角相控阵情况下,利用窄带相控阵不能形成宽带高分辨信号,提出一种基于匹配处理的宽带宽角相控阵数字波束形成方法。该方法采用时域数字处理,将宽带信号经匹配处理后变换到数字域,在窄带条件下进行数字波束形成。理论分析和仿真结果验证了其有效性。与实时延迟线波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,基于匹配处理的相控阵波束形成方法既不需要延时器和移相器,也不需要高速A／D转换器和高速数字信号处理,所需设备量少,易于工程实现。     

基于确知波形的宽带宽角相控阵发射波束形成方法

在大孔径宽扫描角情况下,利用窄带相控阵发射不出去宽带高分辨信号,本文经理论分析说明了这一点,并提出两种基于已知波形的宽带宽角相控阵发射波束形成方法,给出了实现示意框图,通过计算机仿真验证了其可行性.新方法采用时域数字处理,在性能上是最优的.与时域采用抽头延迟线的FIR滤波器波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,文中方法简单,所需设备量少,易于工程实现.     

有机聚合物光波导延迟线研制的新进展

由于孔径效应和孔径渡越时间的限制，传统的相控阵雷达难以在大扫描角下实现大瞬时带宽，有机聚合物光波导延迟线可解决这一问题。先介绍了有机聚合物光波导延迟线的原理和优点，接着综述了三种延迟线：利用聚酰亚胺制成的4位有机聚合物光波导延迟线，多层结构的有机聚合物光波导延迟线，开关选择的超长有机聚合物光波导延迟线。     

X波段光控相控阵雷达技术

基于现有的器件提出了X波段光控相控阵雷达的设计方案,对光信号收发以及OTTD(Optical True Time Delay)的实现方案进行了探讨.采用光纤技术的X波段光控相控阵雷达通过引入光实时延迟线OTTD,减轻了传统相控阵雷达因渡越时间和孔径效应对信号瞬时带宽的限制,实现了宽带宽角扫描.     

相控阵雷达中的光纤实时延迟方案研究

近年来,在相控阵雷达中,光纤实时延迟技术因其尺寸小、重量轻、瞬时带宽宽等特点而受到广泛关注。文章介绍了光纤延迟线原理,分析了几种相控阵雷达的光实时延迟方案及其工作原理和技术特点。     

针对线性调频信号的宽带宽角相控阵发射波束形成方法

以线性调频信号为例,揭示窄带相控阵在大孔径宽扫描角情况下不能有效发射宽带高分辨信号的实质。针对线性调频信号,提出2种宽带宽角相控阵发射波束形成新方法,给出了实现示意框图。新方法采用时域数字处理,与时域采用抽头延迟线的FIR滤波器波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,文中方法简单、所需设备量少、易于工程实现。     

宽带宽角数字阵列雷达发射波束形成技术

在大扫描角的情况下，大孔径相控阵采用移相方法发射不出去宽带高分辨波形。宽带相控阵波束形成通常采用模拟时延单元，但它的量化误差及硬件的高代价阻碍了进一步应用。在基于子阵划分和发射为线性调频信号的前提下，提出了宽带数字阵列雷达发射波束形成方法，同时给出了几种实现框图并对性能进行分析。最后，计算机仿真结果证实了给出的几种宽带数字阵列雷达发射波束形成方法具有易于实现和良好的性能。     

受激光子回波在阵列天线波束合成中的应用研究

由于孔径效应和孔径度越时间的限制,使得传统的相控阵雷达难以实现大角度扫描和大的信号瞬时带宽.把受激光子回波技术应用于波束合成,可以克服这一难题.介绍了基于受激光子回波的光学真实延时实现原理,并分析了其在阵列天线波束合成中的应用,阐述了波束合成的实现方法.     

基于微波光子收发共用真时延网络的相控阵波束合成

针对相控阵雷达宽带宽角波束扫描普遍存在的孔径渡越和波束倾斜的问题,提出了一种基于微波光子技术的相控阵波束形成网络系统,该系统采用收发共用的延时方式,在保证收发波束指向高度一致的同时也减少了系统的设备量。建立了16通道的收发共用的波束扫描系统进行实验验证,实现了X频段范围内的±30°的收发波束扫描,不存在波束倾斜现象,接收和发射波束指向高度一致,结合雷达系统分时收发工作的特点,可有效提升相控阵雷达系统的扫描探测能力。     

圆环相控阵天线瞬时带宽的分析与计算

相控阵天线需要足够的瞬时带宽以满足无线通信系统的性能要求.分析了限制圆环相控阵天线瞬时带宽的影响因素,主要包括频率变化引起的天线波束指向偏差和天线孔径渡越时间对瞬时带宽的限制.比较了圆环相控阵天线与线阵相控阵天线瞬时带宽的异同,并给出了圆环相控阵天线瞬时带宽的计算方法,为圆环相控阵天线的设计提供了理论指导.     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

Comparative Study on Beam Broadening in Optically Controlled and Conventional Phased Array

The bandwidth characteristic of phased array antenna can be represented by the extent of beam broadening as signal bandwidth is increased. By using two kinds of bandpass signals, the beam 3dB-width values for a variety of instantaneous bandwidths in conventional phased array and wide band optically phased array are respectively analyzed and simulated based on both of their models. And some corresponding curves are given.     

Photonic wideband array antennas

Presents an introduction to the optical control of array antennas by using fiber optic links for remote control and a photonic time shift network for wide instantaneous bandwidth. An overview of the development of a wideband conformal array designed for airborne surveillance radars is given. The paper covers the system design and the performance of an L-band (850-1400 MHz) M-element array controlled by photonics. Packaging techniques of the photonic components and the array aperture are discussed. The wideband performance of the system is highlighted. A nano-second impulse response has been measured to demonstrate a 50% instantaneous bandwidth (550 MHz, 30 cm range resolution) for target ID and imaging. A built-in signal injection technique based on time-domain impulse measurement was used to calibrate the wideband components in the time-shift beamforming network     

数字相控阵雷达步进频合成宽带宽角扫描研究

数字相控阵雷达宽带宽角扫描存在波束指向偏差和孔径渡越问题,导致信噪比降低,脉压主瓣展宽,距离分辨率下降.频率步进信号在各脉冲周期内都是窄带信号,是常用的合成宽带信号,可以在获得距离高分辨率的同时降低对雷达瞬时带度的要求,从而降低了对雷达系统的要求.将步进频合成宽带技术应用到数字相控阵雷达,采用子脉冲移频移相方法可以消除波束指向偏差和孔径渡越影响,实现数字相控阵雷达宽带宽角扫描.并通过仿真计算,给出一些对工程实现有用的结论.     

Optical technique for broadbanding phased arrays

An optical method for broadbanding a phased array is considered. A narrow band feed-through aperture lens comprised of pick-up elements, radiating elements, and360degtype phase shifters is fed by a small feed array with an intervening passive lens. The lens has fixed frequency-sensitive properties. The feed array has variable time delay compensators which are selected in accordance with the desired scan angle in the far field. Using geometrical optics, design formulas are derived that relate bandwidth and scan angle to the minimum number of variable time delayers. To demonstrate performance, diffraction theory is used to calculate patterns, sidelobe levels, and efficiencies as a function of bandwidth and scan angle out to50degscan for several aperture sizes. In the worst cases, the optical system provides somewhat less gain than the comparable constrained subarray antenna; however, it always provides much better sidelobe levels.