雷达信号的远距离相控

雷达信号的远距离相控
雷达信号的远距离相控

雷达信号的远距离相控
相控阵雷达分为有源（主动）和无源（被动）两类.
有源和无源相控阵雷达的天线阵相同,二者的主要区别在于发射／接收元素的多少.无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）.有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射／接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势.正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大.但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势.
有源相控阵雷达最大的难点在于发射／接收组件的制造上,相对来说,无源相控阵雷达的技术难度要小得多.无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达,但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达,不失为一种较好的折中方案.因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前,完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品.而且,即使有源相控阵雷达研制成功以后,无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品,仍具有很大的实用价值.
相控阵雷达分有源和无源.区别在于：有源相控阵雷达的天线采用的是一种称为T/R模组的接受与发射装置,每一块T/R模组都能产生电磁波而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接受器,外加具有相位控制能力的相控阵天线组成,天线本身不能产生雷达波,这是结构上的区别.有源相控阵雷达的收发装置只有T/R模组,所以重量较轻,故障率较低,即使几个T/R模组损坏了,也不会影响到整台机器的使用,而无源相控阵雷达就不具有这种优势,这是性能上的差别.
相控阵雷达（PAR）已在各种战略、战术雷达中得到广泛使用,成了当今雷达发展的主流.采用有源相控阵天线（APAA）的雷达称为有源相控阵雷达（APAR）.有源相控阵天线的重要组成部分是安置在每一天线单元上的发射/接收组件（T/R组件）.图1是一个典型的T/R组件的组成框图.实际上,一个T/R组件就是一部雷达的发射/接收前端.有的T/R组件还包括本振信号输入和中频、视频输出.基于直接频率综合（DDS）的T/R组件,可称为数字T/R组件.先进工艺支撑的T/R组件的批量生产能力和成本的不断降低,给有源相控阵雷达的发展提供了有力的技术推动.
国内外先进的相控阵雷达均采用了有源相控阵天线,如美国AN/FPS-115（PAV PAWS）相控阵预警雷达,以色列“箭式”（ARROW）战区导弹防御系统（TBM）中的EL/M-2080相控阵雷达,美国用于TMD高层防御的GBR相控阵雷达,美海军AN/SPY-2远程多功能相控阵雷达,美、欧、日等在研制的多种机载有源相控阵雷达及各国已研制成功的多种有源相控阵战术雷达〔1〕等,我国南京电子技术研究所研制的YLC-6,YLC-2等也都是采用有源相控阵天线的三坐标雷达.可以说,有源相控阵雷达已成了当今相控阵雷达发展的一个重要方向.采用集中的大功率发射机（多为电真空发射机）或若干部大功率发射机和无源相控阵天线的雷达称为无源相控阵雷达.在很多情况下,特别是在波长较短,如在C、X、Ku、mmw波段,又要求高发射功率的情况下,无源相控阵雷达与采用众多T/R组件的有源相控阵雷达相比,仍有其优点.
在雷达主要战术技术指标大体相同的情况下,在有源相控阵天线与无源相控阵天线之间做出合理的选择,是相控阵雷达预先设计过程中必须加以考虑的一个重要问题.
在有源与无源相控阵天线之间做出选择,有多种出发点,其中要考虑的一个重要因素是进行功率比较,即在从阵列天线口面上辐射的RF功率相同的条件下,比较采用两种天线对发射机输出的总功率、相应要求的初级电源的总功率和在天线阵面上的热耗功率,以及为实现阵面冷却所要求的冷却系统的功率等.讨论这一问题的重要性还在于,由此可以得出对两种阵列天线及其组成部件的一些不容忽视的要求,这将有助于相控阵雷达有关分系统的设计人员更主动地改进设计和积累经验.
①可充分利用相控阵天线的空间功率合成能力,获得雷达系统需要的总的发射信号功率.
②可降低相控阵天线中馈线分系统的信号传输损耗,即降低从发射机（功率放大器）输出端至天线（发射状态）和从天线至接收机输出端（接收状态）的损耗.
③从充分利用雷达载体（雷达平台）可能提供的阵列天线面积出发,采用有源相控阵共形阵列天线.
④在采用密度加权的大口径相控阵天线时,可考虑将大部分天线单元上的T/R组件中的发射通道与接收通道分开,减少组件中收/发开关的损耗.
⑤当T/R组件中的发射通道研制有困难时,也可以采用半有源相控阵天线,即在每个天线单元上只保留T/R组件中的接收通道部分.例如采用宽发射波束照射,用有源相控阵接收天线形成多个窄接收波束的雷达工作方式.