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阵元间距对相控阵雷达性能的影响

发布时间:2021-08-01 来源:雷达通信电子战 责任编辑:wenwei

【导读】相控阵雷达采用电子扫描的方法实现雷达波束的无惯性扫描,因此相控阵也叫电子扫描阵列(ESA)。对于相控阵天线辐射的电磁场及其能量分布通常用归一化的天线方向图来描述,它反映波束形状、天线增益、副瓣等特性。
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
波束的指向始终与等相位面垂直,而等相位面由阵元间的馈相关系确定,因此在各个阵元都是等幅馈电情况下,线性阵的波束方向图函数为sinc函数。通过公式详细分析影响相控阵雷达波束宽度的因素,这里是一维均匀线阵波束宽度的计算公式:
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
通常,均匀口径照射情况下3dB波束宽度的k=0.886,若是4dB波束宽度的k=1;其他也可以定义10dB波束宽度等。
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
我们仿真一个极坐标下线阵的波束扫描动图,其中外圈标注的是度数-90~90°,0°表示垂直于线阵的方向。其中,一圈一圈的环代表的是幅度,这里进行了归一化,指向0°时是0dB。仿真时设置:N=16,d=λ/2,波束指向从-60~60°,得到下面的动图:
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
从该动图可以看出:
 
1. 波束指向角越大,波束宽度越大。
2. 随着波束指向的增大,增益降低。
3. 没有进行降低旁瓣的加权,旁瓣较高。
4. 阵元间距为半波长,没有产生栅瓣。
 
阵元间距的影响
 
阵因子是一个周期函数,如果阵元间距取值不合适,相控阵天线扫描时的辐射场会在主瓣以外形成与主波束类似的有规律的辐射波束,常被称为栅瓣。一个好的ESA设计必须考虑栅瓣的影响,这里直接给出结果:
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
相控阵的最大扫描角既不会是0度,也不会接近90度;假如线性阵的波束最大扫描角度为60度,那么阵元间距d小于0.54的波长就不会出现栅瓣了。所以,在可以的范围内适当增大天线阵元间距以减少数量来达到相同的口径降低成本。
 
还有一点需要注意的就是这里的波长要选择工作带宽中最短的波长来计算,这是因为间距如果保证了最短波长的情况都不出现栅瓣了,那它肯定也就满足了波长更长的情况。
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
 
总结来说,“阵元间距取半波长左右”基本不会有啥问题;如果你想放宽一点,那就要结合你的最大扫描角进行权衡了;如果你想看看出现删瓣的情况,下面的两个动图仅设置的阵元间距不同,其他参数同上面动图。
 
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
阵元间距对相控阵雷达性能的影响
d=2λ
 
来源:雷达通信电子战
 
 
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