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发布时间:2020-05-20 23:31:34

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作者:胡明春,周志鹏,等

出版社:电子工业出版社

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雷达微波新技术

雷达微波新技术试读:

内容简介

本书以高性能雷达系统为应用对象,详尽阐述了微波新技术在雷达天线及阵列、高功率固态发射机、新型收发组件、高集成信号传输网络和雷达射频隐身等方面的应用。本书还结合工程实践经验介绍了微波部件工艺集成和微波分析与测量技术。此外,本书还介绍了电磁超材料在高性能雷达系统中的应用前景。本书较全面地反映了雷达微波技术领域近十多年来的最新进展,介绍了很多国内外雷达领域的设计实例,使得本书的内容兼具前瞻性和实用性。

本书的主要读者对象为从事雷达系统研究、制造、维护、应用等方向的科技和工程人员及雷达部队官兵,同时也可作为高等院校相关专业学生的参考书。

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图书在版编目(CIP)数据

雷达微波新技术/胡明春,周志鹏,高铁著.—北京:电子工业出版社,2013.8(空间射频信息获取新技术丛书)“十二五”国家重点图书出版规划项目

ISBN 978-7-121-21012-9

Ⅰ.①雷… Ⅱ.①胡… ②周… ③高… Ⅲ.①微波技术-应用-雷达系统-研究 Ⅳ.①TN95

中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第162049号

策划编辑:刘宪兰

责任编辑:谭丽莎

印  刷:

装  订:

出版发行:电子工业出版社

     北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036

开  本:787×1092 1/16 印张:20.75 字数:502千字

印  次:2013年8月第1次印刷

印  数:4000册 定价:56.00元

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服务热线:(010)88258888。总 序

我国的雷达事业,经过数十年几代人的努力,从无到有,从小到大,从弱到强,在许多领域已经进入了国际先进行列。为了总结这些经验,给今后的雷达发展打好基础,前些年,我们在众多雷达专家、学者的支持和参与下,在总结长期雷达科研、生产、教学、使用经验的基础上,聚集体智慧,组织了“雷达技术丛书”的编写工作。该套丛书一经电子工业出版社隆重推出,便受到业内同行的热烈欢迎,也成为我国雷达界的一项重要科研成果。

转眼,距“雷达技术丛书”的出版已近十年,在我国国防建设与经济建设需求的推动下,在电子信息技术高速发展的基础上,雷达及雷达相关技术又有了新的进步。近年来,我国在相控阵天线及其发射接收组件技术方面取得了很大进步,并推广应用于各种对空目标监视雷达及各类机载雷达;开展了高分辨率多维雷达信息获取前沿技术研究,实现了机载与星载高分辨率合成孔径雷达(SAR)成像和超宽带雷达成像,这些都在国防建设和各个民用领域发挥着重要作用。在天线、微波、信号处理、数据处理等雷达基础技术快速发展的同时,与通信、网络技术的快速发展相同步,我国在雷达组网、雷达数据融合等雷达系统技术方面也取得骄人的进步,使得雷达成为空间射频信息获取的重要工具。特别值得一提的是,为适应航空、航天和空间应用的需要,我国在用于空间目标探测、跟踪和精密测量的大型单脉冲雷达与相控阵雷达技术方面获得了新的进展,其中相当部分拥有发明专利与自主知识产权。与此同时,在推动我国雷达技术进步的队伍中也涌现出不少优秀的年轻专家。在总结近几年雷达及雷达系统技术快速发展的基础上,为满足雷达信息获取的新要求,包括地基雷达对高速、高机动飞行目标及机载与星载雷达对地面、海面乃至地下目标获取信息的要求,我们再次组织编写了“空间射频信息获取新技术丛书”(以下简称丛书)。该套丛书的正式出版和推广,将有利于正确把握雷达技术发展方向,促进我国雷达事业的创新发展。

为使丛书较系统地总结和反映我国在空间射频信息获取与应用方面所取得的创新技术与理论成果,同时吸纳国外在该领域的相关前沿基础科研成果,为该领域技术发展提供借鉴作用,本套丛书除包括本版内容之外,还充实了国外引进版内容。全套丛书的内容定位主要突出空间射频信息获取技术的工程设计性,反映空间射频信息获取的新技术。在本版内容中,强调总结我国科技人员近年来在空间射频信息获取技术领域取得的重大科技成果和突破性进展,框架设想上体现新技术和创新发展;在国外引进版内容上,重点吸纳国外空间射频信息获取技术领域的前沿基础科学研究和对该领域技术发展具有借鉴作用的新技术。全套丛书尽可能提供有关研究图表、数据、曲线和计算公式,使设计举例更具有实用性。

丛书的编写创作主要由领域内几位院士和众多中青年专家担纲,他们既要完成繁重的科研和管理任务,又要抓紧时间撰写书稿,工作十分辛苦,在此,我们谨代表丛书编委会,向各册作者和审稿专家表示深深的敬意!我们希望本套丛书所展示的新技术、新成果和新理论等能对从事该技术领域科研、设计、教学、管理工作的人员,部队干部、战士,以及高等学校相关专业的学生、研究生有所帮助,从而促进我国空间射频信息获取技术的发展,为国家信息化建设和国民经济建设作出贡献。

本套丛书的出版,得到了中国电子科技集团公司、中国电子科学研究院、南京电子技术研究所、西安电子科技大学等各参与单位的大力支持,得到了电子工业出版社领导和刘宪兰首席策划编辑的积极推动,得到了参与丛书工作全体同志的热情帮助,在此一并表示衷心的感谢!丛书主编、中国工程院院士王小谟张光义2013年5月前 言

雷达技术自20世纪30年代问世以来,在世界各国的国防与经济建设中发挥着重要作用。随着雷达新理论、新技术、新材料及新工艺等水平的高速发展,人们不仅希望雷达系统能在多目标、强杂波与有源干扰背景中探测目标特征,还要求具备对付敌方高速、高机动、隐身目标及在复杂电磁环境等中应用的能力,这样就提出了更高的要求。为了应对诸如此类的发展需求,雷达系统的性能需要随之不断提升。因此,很多新技术被应用到雷达系统中,其中最典型的是微波技术。微波技术经过几十年的发展,已经有众多的创新技术成果在海、陆、空、天及各种武器平台的雷达系统中得到了广泛应用。现今,快速发展的微波新技术几乎渗透到雷达的各个分系统。可以说,微波技术的发展是现代雷达系统具备高性能的必要条件。相应地,雷达系统的发展需求与牵引也是促进微波技术向前发展的重要推动力。

为了全面展现高性能雷达系统的研制过程,本书较详尽地阐述了雷达微波新技术在天线及阵列、高功率固态发射机、新型收发组件、高集成信号传输网络和雷达射频隐身等方面的应用。本书还结合工程实践经验介绍了微波部件工艺技术和天线微波分析与测量技术。此外,本书还介绍了电磁超材料技术在高性能雷达系统中的潜在应用及前景。书中内容以雷达系统组成为主线进行章节设置,通篇具有较强的逻辑性,以便读者能够深入浅出地阅读理解本书。

本书取材以工程实践为基础,相关内容反映了微波技术在雷达技术领域近十多年来的最新研究成果,使得本书较好地契合了书名《雷达微波新技术》中的"新"一词,以确保书中内容的前瞻性。本书介绍了很多国内外雷达领域的设计实例,并点出了微波新技术在其中的应用关键,这使得本书的内容具有较强的实用性。

胡明春、周志鹏、高铁对全书进行了审读与修改,其中第1章由胡明春、李斌编写,第2章由胡明春、刘明罡、王侃、于大群编写,第3章由商坚刚、余振坤编写,第4章由周志鹏、戴扬编写,第5章由周志鹏、李斌编写,第6章由高铁、潘宇虎、张强编写,第7章由宗敬群、韩宗杰、郝新锋、纪乐编写,第8章由高铁、夏琛海编写,第9章由胡明春、李斌、李锐编写。在此本人对以上提及的各位同志表示由衷的感谢。同时,本书在编写过程中,得到了南京电子技术研究所各研究部领导的大力支持,对此也致以诚挚的谢意。

我们已做出努力来确保文稿的质量和准确,限于学术水平和工作经验,书中的差错、疏漏及不妥之处在所难免,殷切地希望读者给予批评和指正。胡明春第1章 概述

雷达是通过发射电磁信号,接收来自波束覆盖范围内探测目标的回波,并从回波信号中提取位置、速度及其他信息,用于目标探测、目标定位和目标识别的电子装备。自20世纪30年代问世以来,雷达技术在国防建设与经济建设中发挥着十分重要的作用。随着观测目标的日益复杂和工作电磁环境的不断恶化,现代雷达系统除了能在多目标、强杂波与有源干扰背景中检测目标和测量目标的参数与特征外,还要求具备对付敌方飞机及反辐射导弹等攻击的能力。为了应对不断增加的观测任务,雷达系统的性能必须也要随之不断提升。

雷达技术是一门交叉学科,相关学科上的创新与进步通常都能很快地被应用到雷达系统的设计与制造中,其中最典型的是微波技术。微波技术最早被应用到机械扫描雷达中,随着相控阵雷达技术的发展,微波新技术在天线及阵列、高功率固态发射机、新型收发组件、高集成信号传输网络、雷达射频隐身等方面得到了广泛的应用。因此,可以说微波技术的发展是实现现代雷达系统具备高性能的必要条件。相应地,观测任务对雷达性能需求的提高,在很大程度上也是促进微波技术向前发展的重要推动力。

本章将首先回顾现代雷达系统的基本原理与体制、分类,接着介绍新型雷达(如超宽带雷达、数字阵列雷达和多功能雷达等)的发展趋势,最后介绍可应用于先进雷达系统的微波新技术的发展特点和发展概况。1.1 现代雷达系统

现代雷达经过了80多年的发展历程,已经在国防建设和经济建设中得到了广泛的应用。在这个过程中,雷达的种类越来越多,按观测任务或功能可分为警戒雷达、引导雷达、测高雷达、制导雷达、机载火控雷达、预警雷达、地形跟随和回避雷达、气象雷达等若干种[1]。1.1.1 雷达的基本原理

雷达(Radar)一词是Radio Detection and Ranging的缩写,意为无线电探测与测距。雷达的基本原理是通过发射电磁信号,接收来自其威力范围内目标的回波,并从回波信号中提取出位置和其他信息,以用于目标探测、目标定位和目标识别。

1.雷达系统的原理框图

雷达的基本原理可以用脉冲雷达的组成来说明,如图1.1所示。发射机产生足够的电磁能量,经过双工器或收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至空间中,集中在某一个方向上形成波束,向前传播。当波束遇到目标后,将沿着各个方向反射,其中一部分电磁能量反射回雷达的方向,被天线获取。天线接收的能量经过双工器或收发转换开关送到接收机,形成回波信号。在传播过程中,电磁波会随着距离衰减,因此雷达回波信号往往非常微弱,甚至几乎被噪声淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机,提取出包含在回波中的信息,送到监视器,显示出目标的距离、方向、速度等信息。

一般情况下,雷达通常只需测定目标的方位、仰角和距离,但需要指出的是,回波信号也包含目标特性等方面的信息,这也可用于目标识别。图1.1中所示的监视器可以显示接收机的输出,根据监视器的显示可判断目标的存在与否。不过这种判断方法在现代雷达系统中已经退化为辅助手段。当前,使用最多的是利用自动检测和跟踪设备对接收机的输出进行处理,以便实时判断目标的存在与否,并根据发现目标后一段时间内的检测,建立目标航迹。使用自动检测和跟踪设备时,雷达操纵员需要掌握处理后的目标航迹,而不是原始雷达检测信号,这显著提升了雷达系统的自动化程度,大幅减少了操纵人员配备。图1.1 典型脉冲雷达的组成

2.雷达的测量原理

雷达的测量原理是基于对回波信号特征的提取,从中获得目标的位置、速度及其他信息。通过测量回波信号的时间延迟可得到目标的距离,而目标的方位可通过方向性天线测量回波信号的到达角来确定。如果是动目标,雷达还可利用多普勒效应测得目标的移动速率,并且推导出目标的运动轨迹。

1)目标距离的测量

为了测定目标到雷达的距离,需要准确测量电磁波从发射、目标反射到接收整个过程的时间延迟Δt。Δt也就是电磁波在雷达与目标之间往返所花费的时间。测得Δt后,通过简单计算可获得雷达到达目标的距离R:8

式中,c为真空中电磁波的速度3×10m/s;因子1/2是考虑电磁波往返的时间延迟。

2)目标角位置的测量

目标角位置的测量是利用天线的方向性来实现的。雷达利用波束内的目标与天线主轴的角度偏移生成一个误差信号。角度偏移一般从天线的主轴开始测量,因此得到的误差信号可表征目标偏离波束主轴的程度。实际测量时,通过波束扫描标定出雷达波束与目标垂直时的零误差信号,即可计算出目标的角位置。需要指出的是,两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达则可以测定方位角和俯仰角。此外,目标的角位置还可以通过测量两个分离接收天线收到的信号的相位差来获得。

3)目标速度的测量

雷达基于多普勒频移可获取目标的径向运动速度,以及分辨杂波、静止物体和运动物体。多普勒现象可以描述为:当目标和雷达之间存在相对运动时,目标回波的频率会发生改变。该频率的改变量称为多普勒频移,其数值取决于目标的径向速度v,即r

当目标面对雷达飞行时,多普勒频移为正;当目标背向雷达飞行时,多普勒频移为负。从式(1.2)可看出,只需测得多普勒频移f,d即可计算得到目标的径向运动速度v。r

4)目标尺寸和形状

当雷达具有足够高的分辨率时,能识别目标尺寸和形状的某些特性。因此,雷达除了用于目标探测和定位外,还可用于目标识别。雷达分辨率包括距离分辨率、角度分辨率和横向距离分辨率。距离分辨率要求雷达具有大的瞬时带宽,角度分辨率取决于天线波束在方位与俯仰角上的半功率点宽度。在横向尺度上,雷达获得的分辨率通常不如其在距离上获得的分辨率高。但是当目标的各个部分与雷达间存在相对运动时,可运用多普勒频移固有的分辨率来分辨目标的横向尺寸[2]。

3.雷达方程与作用距离

作用距离是雷达的一个主要战术指标,该指标的计算按雷达方程进行。雷达方程除了用于计算作用距离外,还可用来表征雷达各分系统指标对雷达系统性能的影响。雷达方程在很大程度上反映了雷达战术指标与雷达技术指标之间的联系。

雷达方程将作用距离和发射、接收、天线和环境等因素联系了起来。根据雷达方程,雷达能探测的最远距离R为max

式中,P为发射机的峰值功率;G为发射天线增益;σ为目标的tt雷达截面积;A为接收天线的有效面积;L为雷达系统的损耗;Srsmin为最小可探测信号。

此外,雷达方程还有其他几种表现形式,具体可参考雷达手册[3]。需要指出的是,雷达方程可以正确反映雷达各参数对作用距离影响的程度,但不能充分反映实际雷达的性能,因为许多影响作用距离的环境和实际因素在雷达方程中并没有体现。1.1.2 雷达体制与分类

雷达按照所处平台的不同可以分为陆基、舰载、机载和星载等雷达系统,也可以按照具体特征或功能用途分成多种类别,如按照雷达的用途分为预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达及防撞和敌我识别雷达等。

随着微波技术、计算机技术、数字信号处理技术和光纤技术的迅速发展,以相控阵技术为代表的雷达新体制应运而生,给整个雷达领域注入了新的活力与生机。高辐射功率、宽工作频带、灵活频率捷变、多种工作模式及对多目标的快速跟踪等性能一直是雷达技术发展的重要方向,这也推动了各种新体制雷达的出现。

1.超宽带雷达

从一般意义上讲,超宽带雷达有两方面的要求:一是雷达工作调谐带宽要大;二是具有大的瞬时信号带宽工作能力。当相对瞬时信号带宽Δf/f≥25%时,可称为超宽带雷达。采用超宽带信号是雷达系统0解决多目标分辨、目标分类和识别、目标属性判别等难题的重要途径[4]。此外,为了提高雷达的抗干扰,抗无线电辐射制导导弹、无人机及其他武器平台的攻击,实现低截获概率,也需要采用超宽带信号。总的来说,超宽带雷达在距离、方位、仰角及多普勒频移4个参量上可获得高的测量分辨率,这有助于提高雷达的测量精度,判定目标种类和属性,改善多目标情况下的分辨率。

2.数字阵列雷达

数字阵列雷达指的是信号收发均采用数字波束形成技术的雷达,其收发均没有传统的波束形成网络与移相器等器件,系统架构简洁,[5]具有很强的自适应性。数字阵列雷达的基本工作原理是:在发射模式下,由数字波束形成器给出发射波束扫描所需的幅度和相位控制码,并送至数字收发组件(DTR),DTR在波形产生时预置相位和幅度,经上变频与放大后由天线单元辐射出去,并在空间功率合成;在接收模式下,每个天线单元接收的信号经过下变频与数字接收后,送数字波束形成器、信号处理、数据处理单元处理。数字阵列雷达的上、下行数据均采用光纤传输,这降低了馈电网络的复杂程度,有利于降低系统成本和提高可靠性。

3.多功能雷达

多功能雷达一般指的就是相控阵雷达,这种雷达是现代雷达技术发展的一项重大成就。多功能雷达可同时执行目标搜索、探测、识别、[6、7]捕获、跟踪、导航、火控、气象探测、引导及制导等多种任务。一部多功能雷达能替代多部不同功能的雷达,从而避免了飞机、舰船和卫星等平台上不同功能雷达天线间的信号干扰。尤为重要的是,多功能雷达有利于信息显示、数据处理及缩短反应时间,从而可以有效地对付高密度的全方位饱和攻击。从雷达体制上讲,多功能雷达的发展可以划分为无源相控阵、有源相控阵和数字相控阵3个阶段。现今,相控阵雷达已经成为最主要的雷达体制而得到重点发展。

4.双/多基地雷达

双/多基地雷达是指将发射机和接收机分置在不同的地域,利用电磁波的时空特性实现对目标的探测与跟踪的雷达系统。双/多基地雷达由于收发间隔较远、接收站不发射电磁波等特点而具有良好的反隐身、抗有源定向干扰、抗反辐射导弹和对付低空/超低空突防等方面的能力,因此在雷达研究领域备受重视。经过多年的发展,双/多基地雷达已经实用化,并成功应用于陆基、舰载、机载和星载等各种平台,在区域性防御、远程警戒、低空目标探测、半自动制导、空中交通管制和目标检测、跟踪、成像与识别等方面发挥着越来越重要的作用。

5.毫米波雷达

毫米波雷达是指工作波长为1~10mm(相应频率范围为30~300GHz)的雷达系统。毫米波雷达因工作频段介于微波和红外之间而兼备了具有全天候工作能力的微波雷达及具有高分辨率的红外探测系统的特点,即不仅具有测量精度和分辨率高、方向性好、工作频带宽、抗干扰性强、低空探测性能优等特点,而且具有良好的全天候工作特性。另外,将毫米波雷达技术与极化技术相结合,可为雷达目标分类、识别及成像提供十分有利的条件。需要指出的是,当雷达频率[8]达到100GHz时,一般意义上将其归为THz雷达,这种雷达近年来已得到越来越多的关注。

6.激光雷达

激光雷达是指工作在红外和可见光波段的雷达系统。典型的激光雷达由激光发射机、光学接收机、转台和信号处理系统等组成。激光发射机将电脉冲变成光脉冲发射出去,光学接收机把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到信号处理系统分析。由于隐身兵器通常是针对微波频段的,加上激光雷达具有波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高等特点,所以激光雷达具有较强的反隐身能力。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、局部风场测量、水下目标探测等。由于激光雷达不属于雷达微波技术的范畴,所以本书将不作详细介绍,感兴趣的读者可以参考有关专著[9]。1.2 新型雷达的发展趋势

随着作为雷达探测对象的目标在种类和性能上的不断增加和发展,相关的应用需求对雷达性能提出了越来越高的要求。为了应对这些发展需求,多种新体制雷达应运而生,典型的几种新体制雷达已在1.1节作过简要介绍,本节将结合具体的应用需求详细介绍这些雷达的发展趋势。1.2.1 超宽带雷达

超宽带雷达(Ultra Wideband Radar,UWBR)的明确概念形成于1990年3月美国新墨西哥州Los Alamos国家实验室召开的雷达会议。在这次会议上,将超宽带雷达定义为发射信号相对带宽大于25%的雷达。从一般意义上讲,超宽带信号不仅包括绝对宽谱的极窄脉冲信号,还包括相对带宽较宽的脉冲压缩信号。随着超宽带雷达发展需求的日益紧迫,许多传统的无线电技术在超宽带的研究中已不再适用。因此,无论是雷达目标的散射机理,还是雷达系统的设计和信号处理,都亟待出现新的理论和技术成果。

尽管超宽带雷达经过了较长时间的发展,各项技术已逐渐成熟,但仍有一些技术难点有待突破和解决。当前存在的问题主要有以下几个。(1)超宽带天线的设计。由于超宽带雷达的输出带宽相对较宽,而带宽与天线的辐射功率成反比,所以为了提高超宽带雷达的性能,必须加强对超宽带天线设计的研究,并要求馈源有较高的场强并保持一定的带宽,使其满足实际使用的功率要求。(2)为了增大超宽带雷达的作用距离,需要非常高的峰值输出功率,而且随着作用距离的增加,峰值功率的需求将会急剧地增加,这对发射机的性能提出了很高的要求,在现有技术条件下难以完全满足这些要求。(3)超宽带雷达在频谱上存在对其他用户的干扰。由于超宽带雷达的工作频段较一般雷达系统宽不少,所以会造成某个区域某个时间段内频段资源的过度占用,进而干扰到相邻工作区域和频段的其他用户。

总的来说,超宽带雷达是超宽带技术的一种应用,具有广阔的应用前景。突破如上所述的几个发展瓶颈,将是超宽带雷达发展过程中的重要课题。1.2.2 数字阵列雷达

数字阵列雷达是一种接收和发射波束都以数字方式实现的相控阵雷达。这种雷达具有幅相控制精度高、瞬时动态范围大、空间自由度高、波束形成灵活等特点,具备探测复杂目标能力强、抗干扰能力强、地形适应能力强、探测精度高等性能优势,可广泛应用于地面、机载、舰载、星载等平台环境,实现预警、监视、火控、制导等多种功能。

近年来,随着新型半导体器件、多功能芯片、新型电磁材料、高效开关电路和先进集成封装等相关技术的迅猛发展,数字阵列雷达在体制挖潜、功能扩展、成本控制等方面取得了进一步的突破。当前,可预测数字阵列雷达会在通用化、系列化和模块化的道路上继续向前发展。

1)数字阵列雷达的通用化

在数字阵列雷达系统中,数字天线阵面是诸多特征一致的数字收发单元的集合。天线阵面的上、下行信号是一些数字化信息,数字信号覆盖了雷达系统的很大部分。从通用化的设计角度出发,必须对数字收发单元等基本模块和数字阵列雷达整机制定严格的设计规范和相应的物理接口标准。当做到这点时,雷达设计师只需选用相关的基础模块进行合理地组合,就能设计出满足不同功能的数字阵列雷达。

2)数字阵列雷达的系列化

在新体制雷达的研制过程中,突破关键技术瓶颈最为重要,但成本也不容忽视。因为成本一直是限制相控阵雷达系统工程应用的一个重要因素。在未来的数字阵列雷达研制中,应大力倡导系列化设计理念,通过在频段上对数字阵列收发单元进行划分,在结构和接口上探索和制定数字阵列收发单元相应的标准,使得数字阵列收发单元适宜大规模的生产制造,从根本上降低雷达系统的成本。

3)数字阵列雷达的模块化

数字阵列雷达系统最重要的特点是具有自适应性。基于此,在雷达的研制过程中可进行模块化设计,可根据任务需求选择适当数量的单元或模块任意地扩充组合。阵列模块由若干数量的收发单元组成,每个收发单元包含波形产生、混频、功率放大和采样等部分,并可附加天线辐射单元。收发单元及阵列模块的一体化设计提高了系统的集成度,减小了系统尺寸,降低了系统的质量。1.2.3 隐身与反隐身雷达

在现代战争中,雷达是最主要的远距离获取信息的手段,雷达情报的准确与否直接影响指挥决策,甚至战争成败。因此,在战争过程中如何保全雷达系统成为打赢战争的关键。众所周知,雷达只要开机工作,就要往外辐射电磁波。这很容易被敌方电子情报系统截获,并成为打击的首选目标。为此,世界各国都把提高雷达的生存能力放到雷达装备发展的首位,相应地提出了一些解决方案。例如,在雷达附近部署电子诱饵,扩大告警距离并将导弹引偏;或者将雷达与其他传感器及各种软、硬杀伤武器组网,对威胁目标重新定位并将其摧毁。总之,研制具有隐身特性的新体制雷达势在必行。目前,对雷达隐身[10]的研究已有一些成熟技术,主要有以下三方面。

1)低截获概率雷达(LPI)

低截获概率雷达是指能够在一定距离内发现目标,而目标的侦察接收机不能截获信号或发现信号概率非常低的雷达。LPI通常采用多种综合措施,使雷达被探测的概率最小:采用宽带高占空比发射信号波形,把辐射能量以类似噪声的形式扩展在很宽的频率范围内;采用低旁瓣或超低旁瓣天线,使任何可能出现的截获只限制在主波束内;采用多种抗干扰措施,同时采用频率捷变和脉冲重复频率捷变,或采用极化捷变和波形捷变等。这些措施既可降低被搜索雷达主瓣所截获的概率,而且信号也变得难以分选和识别。另外,随机改变雷达参数(如载频、脉宽、极化方式)也能使敌方雷达难以截获、分选和识别。

2)无源雷达

无源雷达具有隐身特性是因为它本身不发射射频能量,所以它一般不会被截获,也不易被反辐射导弹击中。目前,得到广泛使用的无源雷达主要有两种:一种是靠雷达之外的辐射器发射信号用于探测和跟踪目标;另一种是目标本身不直接发射电磁波,而是当非合作辐射源发射的电磁波覆盖目标时,利用从目标反射回波来获取目标数据。对于后者,由于无源雷达采用了无源相干定位技术,通过无线电台发射连续波信号,所以它能提供实时的目标探测和跟踪。与传统雷达的脉冲发射相比,通过无线电台发射连续波的方式可获取更快的数据刷新率。此外,因为无线电和电视广播靠近地球表面,所以更有利于对低空飞行和巡航导弹等目标进行探测。

3)准连续波雷达

准连续波雷达是一种利用收发分置形式工作的双/多基地雷达。发射时,雷达将连续波信号变成的编码噪声扩频后分布在一个宽频带上,这样会降低几十分贝的功率谱密度,使自身隐藏在敌方侦察接收机的噪声电平以下;接收时,压缩回波,并通过数字波束形成技术形成多个波束。因为这种雷达具有较高的低发现概率特性,所以现行辐射器型的接收机难以对其定位。因此,准连续波雷达能有效地工作在反辐射导弹和电子干扰环境中。美国、俄罗斯对准连续波雷达的研究相对较早,相关技术已趋成熟,并对此种雷达进行了外场实验,取得了重要的实验结果。

隐身技术和反隐身技术从功能上决定了是矛盾的两方面。自从出现了隐身飞机和导弹后,雷达反隐身的需求应运而生。雷达反隐身是在探测技术的基础上进行改进、组合及发展的,以提高雷达探测隐身目标的能力为目的。就目前的单基地常规雷达而言,隐身飞机在绝大多数姿态下都是雷达截面积极小的目标,而且对飞机威胁越大的雷达,其雷达截面积往往越小,这会明显削弱整个防空系统的战斗力。为此,军事大国均开展了雷达反隐身技术的研究,当前可用的反隐身手段主要有以下几种。

1)天波超视距雷达技术

天波超视距雷达工作在短波波段(3~30MHz),是一种利用电磁波在电离层与地面之间反射,克服地球曲率限制从而探测目标的雷达体制。它可对覆盖区域内、地海表面以上、电离层以下的各类运动目标实施预警监视。超视距雷达波经过电离层反射后照射到飞行器上,但飞行器的雷达隐身措施主要是针对地面雷达的,对来自上方的雷达波隐身效果并不理想,这就是超视距雷达可用来探测隐身目标的主要原因。超视距雷达被认为具备反隐身潜力的另一依据是,在此波段上雷达目标通常落入谐振区或瑞利区,这会使按光学区目标反射规律设计的隐身形状失效,而且还有可能因谐振出现相当大的反射回波信号。

2)多基地雷达技术

多基地雷达一般由距离相隔较远的雷达发射站和接收站组成。当其应用于探测隐身目标时,由于形状隐身的几何特点,在隐身目标所散射的雷达信号中,偏向某些接收站方向的信号能量可能比返向散射方向的信号能量强得多,这就为发现隐身目标提供了有利条件。多基地雷达技术在1.1节已提及,这里就不详细介绍了。

3)长波低频雷达探测技术

长波低频雷达可以对抗隐身技术中的隐身外形和吸波材料。当雷达发射信号波长接近于被探测目标的任何一部分尺寸时,由于目标的直接反射回波和周围绕射的电磁波之间产生谐振,会形成很强的回波信号,所以很容易被探测到。据报道,法国的FEMCE雷达能探测隐身飞机、无人机及巡航导弹,而英国制造的工作于米波的海上监视雷达965可成功探测到F-117A隐身战斗机。

4)毫米波雷达技术

毫米波雷达的工作频率高于30GHz。在这个频段上,传统的隐身技术,包括外形隐身设计和涂覆吸波材料,都不处于最有效的状态。隐身技术所采用的雷达波吸收材料涂层有一定的适用频率范围(1~20GHz),因此,如果将雷达工作频率扩展到毫米波段,就会使目标的现有隐身效果大大降低。根据目前的技术水平,隐身目标的外表面不可能做成理想光滑的连续表面,而任何不平滑部位和缝隙都可能产生强的回波信号。对于毫米波段来说,这种特点尤为明显,因此能够获得更多的目标信息。

5)雷达组网及数据融合技术

雷达组网技术将多部单基地雷达组网,从不同方位观测隐身目标,其中某些雷达有可能在短瞬间观测到较大雷达截面积,从而发现隐身目标。相关的数据融合技术则是利用雷达网中多部雷达截获的来自雷达、电视、激光和红外等多种类型传感器信道的数据进行融合,获得雷达探测系统所需要的战术图像,并从图像中分选出重点目标对其进行跟踪的。1.2.4 多功能雷达

多功能雷达是一种基于相控阵体制的新型雷达系统。它具有波束扫描迅速、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高、容易实现天线共形设计、抗干扰能力强等特点,近年来深刻而广泛地影响了雷达的发展。由于相控阵体制具有很强的重组性和灵活性,所以多功能雷达可根据实际需求把一部雷达按时间或空间在功能上分为多部雷达,每部雷达完成不同的功能。进入21世纪以来,多功能雷达在现代战争中所起的作用越来越突出。当前,多功能雷达正大量取代传统的机械扫描雷达,广泛地应用于陆基、海基、机载雷达等几乎所有领域。

随着超宽带阵列、自适应数字波束形成技术、MIMO技术、空时自适应处理、微波天线技术、光电技术、半导体技术和相控阵软件设计等高新技术的迅速发展,多功能雷达的研制已进入数字化雷达这一全新阶段。多功能雷达的发展在技术性能方面正朝着轻薄型封装、宽带/超宽带、多任务功能、动态软件模式、开放式系统架构、多领域可兼容性工作方向发展;在战术性能方面朝着多功能、自适应性、网络化方向发展;在服务保障方面则朝着高可靠性和高可维护性方向发展。1.3 基于雷达应用的微波技术

对于工作在微波波段的雷达系统而言,微波技术是最为重要的技术基础。在雷达的天馈线、发射机、接收机、收发组件等模块中,微[11、12]波技术都得到了广泛的使用。可以说,雷达研制水平的提升,很大程度上取决于微波技术的发展。1.3.1 微波技术在雷达系统中的应用

雷达作为可实现远距离信息获取的手段,其观测任务是不断发展的。作为雷达的对立面,观测目标的复杂化与工作电磁环境的恶化对雷达技术的发展提出了更高的要求。从应完成的观测任务与工作环境考虑,新型雷达系统应具备以下特点:(1)对低可观测目标的探测能力;(2)对远距离低空目标的探测能力;(3)多目标跟踪、多功能及自适应工作方式;(4)目标识别和成像;(5)在恶劣电磁环境条件下的工作能力;(6)有源与无源探测相结合;(7)低成本。

上述要求的实现依赖于雷达体制、微波技术及信号处理技术的发展。其中,微波技术为满足上述对雷达性能的新要求提供了巨大的潜力。微波技术在雷达系统中具有广泛的应用,以下几方面决定了雷达系统的性能:(1)低副瓣/超低副瓣及自适应波束形成相控阵天线;(2)共形天线阵技术;(3)宽带/超宽带技术;(4)大功率微波功率源;(5)相控阵雷达收发组件;(6)高集成综合网络;(7)射频隐身技术。

以上几方面均是微波技术在雷达系统中的典型应用。除此之外,微波技术在雷达的馈电网络、射频隐身等领域也有广泛的应用。1.3.2 雷达微波新技术的发展概况

微波理论和技术经过几十年的发展历程,已经有越来越多的成果被应用到雷达系统中。现今,正在快速发展的微波新技术几乎渗透到雷达系统的各个分系统。

1.新型天线及天线阵列

随着微波天线技术的发展,多种新型天线被应用到雷达系统中,比较典型的有超宽带天线、波导缝隙天线、薄膜天线、共形天线。这些技术的使用使得雷达天线的电讯和结构性能得到了均衡优化。在阵列天线设计方面,宽带宽角度扫描阵列技术和阵列波束赋形技术的应用,均有效促进了雷达性能的提升。

2.大功率发射机

微波固态功率器件是大功率发射机的关键。它的发展历经了第一代Si双极晶体(BJT);第二代Si MOS器件,包括LDMOS、VDMOS和GaAs异质结功率器件;第三代基于宽禁带半导体材料的GaN、SiC等功率器件,以及未来更高一级的石墨烯(Graphitene)半导体器件这一过程。为了满足雷达系统发展的需求,固态高功率发射技术正向着高效率、高输出功率、更高工作频率,以及质量轻、体积小、集成化、智能化等方向发展。

3.新型收发组件

随着现代军事技术的快速发展,为满足新一代雷达多功能综合一体化任务与共形阵面的需求,从20世纪90年代开始,雷达收发组件从分立的发射组件和接收组件、传统的条块式单通道收发组件,逐步向高集成片式组件及多通道综合有源子阵方向发展。过去,片式架构输出功率电平受到了单位辐射单元尺寸封装的功率放大器的限制。现在,随着第三代半导体GaN MMIC技术的发展,新一代片式组件输出功率将得到大幅提升。

4.高集成信号传输网络

研制高集成信号传输网络是适应相控阵雷达集成化、小型化和轻量化发展趋势的重要手段。基于复杂信号综合电路设计、三维微波电路设计和微波多层印制板制造等关键技术,可将高集成信号传输网络设计成多层印制板形式,以多层板内的垂直互连代替传统天线阵面中的外部电缆连接,实现有引线阵面向无引线阵面的变革,最大限度地降低天线阵面的体积和质量,并最终从系统层面提高相控阵雷达的可靠性。

5.雷达射频隐身技术

雷达系统的天线阵面工作时需要保持较长时间的电磁波收发状态,其外表面不能被遮挡或覆盖,这使得常规的隐身措施(如整形技术、吸波材料技术等)不能简单地在雷达隐身中获得应用。现有研究表明,雷达射频隐身设计主要依赖于低RCS天线单元的选型和设计、天线模式项和结构项RCS的缩减、天线罩的频率选择表面设计及共形天线阵面的设计。这些隐身途径大都处于研究阶段,尚未得到广泛使用。

6.微波部件工艺技术

微波部件的接地、匹配和隔离等问题都会显著影响雷达系统的整体性能。因此,相关的雷达设计制造对微波部件的工艺提出了很高的要求,如电路基板或模块的接地、模块间的配合和连接、元器件安装位置、元器件引脚长度、焊点位置和形状等。雷达系统的微波部件制造工艺复杂,研制生产技术难度大,因此,微波部件的工艺集成是雷达研制中的核心技术基础和必要物质保障。

7.微波分析与测量技术

雷达技术研究中的微波分析,就是指使用微波技术的理论将微波部件分为各个层次/部分/方面,分别加以考察和认识的活动。当前的微波分析工作大都基于计算机辅助。微波测量则是指利用合适的工具和方法,获取特定条件下微波部件的某种参数属性上的数据量值。当测量结果和设计分析的结果能够互相印证时,说明设计是成功的;当两者不一致时,应加以科学分析,以便寻找到产生问题的原因,进而解决问题。

8.电磁超材料

电磁超材料(Metamaterials)指的是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材科。迄今发展出的电磁超材料的类型包括左手材料、光子晶体、缺陷地材料和超磁性材料等。目前,电磁超材料已经被广泛应用于微波电路和天线设计等领域。利用电磁超材料的独特性质设计各种微波器件,如平板透镜、谐振器等已见诸报道。这些材料在雷达系统中的广泛应用,将会推动雷达整体研发水平的大幅提升。1.3.3 雷达微波新技术的发展特点

微波技术在雷达系统中具有广泛的应用。当前,随着相控阵雷达技术的快速发展,微波新技术正集中应用于相控阵雷达系统中,主要包括雷达天线、发射机、收发组件等模块。相关领域的这些应用呈现出显著的特点,如天线的低副瓣化、共形化和发射机的高功率化等,后续章节会结合具体的应用进行说明。总体来说,雷达微波技术的发展呈现出以下几个特点。

1)微波技术的发展推动了雷达系统性能的提升

雷达系统的性能与微波技术紧密相关,典型的例子可以参考雷达方程。从式(1.3)可以看出,雷达的作用距离与发射天线增益、接收天线的有效面积、发射机的峰值功率和雷达系统的损耗等特性直接相关。这些特性的提升无不取决于天线、馈线、发射机等微波技术的发展程度。此外,雷达系统的大多数战术和技术指标也与微波技术息息相关。因此,可以说微波技术的发展推动了雷达系统性能的提升。

2)雷达发展需求反过来促进了微波技术的发展

随着雷达探测目标的发展,雷达需要完成任务的增加和雷达工作环境的复杂化,相关的应用均对雷达系统性能提出了很高的需求。雷达的发展需求在很大程度上促进了微波技术的发展。例如,为了提高相控阵雷达的瞬时工作带宽,需要对天线阵面提供实时的延迟补偿,这对延迟线的位数和精度提出了很高的要求,这些要求从客观上促进了延迟线技术的快速发展。这类例子在雷达研制过程中比比皆是。

3)雷达技术、微波技术与其他技术的结合日益紧密

当前,雷达系统研制正处于一个过渡时期,这个时期是从传统的设计方法和设计思路到数字化雷达的过渡。当前,除了寻求微波技术的提高以外,新的趋势是综合利用各种技术的发展进步,如数字技术和光学技术上的进步,产生混合型的设计。在这个设计中,把微波技术、数字技术、光学技术等紧密结合在一起,产生最佳的系统性能,将更为有效地推动雷达技术的发展。参考文献

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[12]R.Esposito.System Applications of Microwaves to Radars:Modern Trends[J].Alta Frequenza,1987(10):373-376.第2章 天线与阵列设计2.1 雷达天线特性

天线是雷达系统的关键组成部分,其性能的好坏对雷达整机性能起着决定性作用。为了实现高性能的雷达探测,各种各样的天线被应用到雷达系统中,以获得高的天线增益和雷达威力。目前,雷达天线的发展重点为阵列天线,较之抛物面等连续口面天线,阵列天线更容易实现大口径和高增益,同时可以保持天线的副瓣和极化等性能。2.1.1 功能

雷达天线的作用是将发射机产生的导波场转换成空间辐射场,或接收目标反射的空间回波,将回波能量转换为导波场,由传输线馈送到雷达接收机。天线的前一个作用称为发射,后一个作用称为接收。有的雷达采用两部天线,分别用于发射和接收,但是绝大多数雷达都采用一部收、发共用天线。雷达一般还要求天线实现以下主要功能:(1)发射时,将辐射能量集中于照射目标方向;(2)接收时,收集指定方向返回的目标微弱回波,在天线接收端产生可检测的电压信号,同时抑制其他方向来的杂波或干扰;(3)分辨不同目标并测试目标的距离和方向。与一般电子设备(通信、广播、导航、对抗)天线相比,由于雷达天线要满足高功率和高分辨率两个要求,所以增加了雷达天线设备的复杂性、难度和造[1]价。2.1.2 基本参数

1.工作频段

使用天线时,需要了解其适用的频率范围。同一部天线,当使用频段不同时,天线的性能有很大差别。以基本的偶极子天线为例,其[1]远区辐射场可以用式(2.1)表示:

式中,r为观察方向;ω为角频率;μ为自由空间磁导率;I为偶极子上的电流;Δz为偶极子的长度,β为该频率电磁波在自由空间中的传播常数。

从式(2.1)中可以看出,随着频率的提高,偶极子辐射电磁场的能力也在提高。因此,天线的性能是随频率的变化而变化的,没有哪一部天线可以工作在任意的频段上。

电磁波的频段很宽,通用的波段划分如表2.1所示。为了能够覆盖不同的频段,需要不同的天线。从对潜艇通信用的绵延几百公里的甚低频天线,到仅仅有几毫米大小的Ka波段喇叭天线,天线的形式会有很大差异。表2.1 电磁波的波段划分

2.方向图

从式(2.1)可以看出,天线在空间中的不同区域的辐射场大小是不一样的。在离天线相同距离的不同方向上,天线辐射场的相对强度与空间方向的关系被称为天线的方向性,反映方向性的函数称为方向函数,记为f(θ,φ),将方向函数的模值用图形表示就称为幅度方向图。令幅度方向图的最大值等于1,则此方向图称为归一化方向图,相应的方向函数称为归一化方向函数,用F(θ,φ)表示,为

式中,f为f(θ,φ)的最大值。例如,上述电偶极子的归一化max方向图为F(θ)=sinθ。

一般来说,方向图是一个立体图形,但是大多数情况下只需要画出两个相互垂直平面内的方向图就可以知道场在空间的分布情况,这两个相互垂直的平面称为主平面。主平面一般是包含最大辐射方向的平面。例如,偶极子天线的两个主平面,其中一个是包含偶极子轴的平面(φ为常数),此平面与电场矢量平行,称为E面;另一个是与天线轴线垂直(θ=90°)的平面,此平面与磁场矢量平行,称为H面。用极坐标绘制出的两个面的方向图如图2.1所示。

在大多数情况下,任一天线的E面和H面方向图呈花瓣状,因此方向图又称为波瓣图。其中,最大辐射方向所在的波瓣称为主瓣,其余的称为副瓣。

波瓣宽度指主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半(场强等于最大方向的倍)的两个方向间的夹角,又称为半功率宽度,而两侧功率密度或场强下降至零的两个方向之间的夹角称为零功率宽度。

对于主瓣以外的副瓣,希望其越小越好。为衡量副瓣的大小,定义副瓣最大值与主瓣最大值之比为副瓣电平,记为SLL,通常用分贝表示,为图2.1 偶极子天线的方向图

式中,P为功率密度,下标1和2表示主瓣和副瓣。

3.方向性系数与增益

方向性系数的定义是:在相同距离及相同辐射功率的条件下,天2线在最大辐射方向上辐射的功率密度P(或|E|)与无方向性maxmax2(点源)天线辐射功率密度P(或|E|)之比,用D表示,为00

对于归一化方向函数为F(θ,φ)的天线,其空间辐射功率密度可以表示为

式中,η为自由空间波阻抗。

因此,其对全空间的辐射功率为

对于点源天线,其在相同距离上辐射的功率密度为

因此,方向性系数D和天线方向函数之间的关系为

天线增益的定义是:在相同距离及相同端口输入功率的条件下,2天线在最大辐射方向辐射的功率密度P(或|E|)与无方向性maxmax2(点源)天线辐射功率密度P(或|E|)之比,用G表示。天线增益与00方向性系数的差别在于,方向性系数是按辐射功率归一化求得的,而天线增益是按输入功率归一化求得的。一般地,由于天线上固有的欧姆损耗和天线端口失配带来的反射损耗,所以天线的辐射功率往往低于输入功率。因此,天线的增益小于天线的方向性系数,并可以表示为

式中,η≤1,为天线的效率。

4.驻波与扫描驻波

发射机通过传输线与天线的输入端相连,天线要想高效地将发射机产生的功率向空间辐射,首先需要解决天线传输线阻抗匹配的问题,其次是天线本身的欧姆损耗问题。若天线的输入阻抗与传输线的特性阻抗不相等,则会在天线端口处产生反射,在传输线上形成驻波。天线端口失配造成的传输线输出端口电压的反射大小用反射系数Γ表a示,对应的电压驻波比为ρ,它们之间的关系为a

5.雷达散射截面

雷达散射截面并不属于传统的天线参数指标,但是随着隐身技术的发展,天线的雷达散射截面已成为天线设计需要考虑的性能指标之一。由于本书后续章节会对此问题展开专门讨论,所以在此不再赘述。2.2 新型天线

随着雷达向宽带多功能、多载荷平台、智能蒙皮(Smart skin)等方向发展,新的天线形式层出不穷;同时,新的设计和工艺手段也为实现这些新型天线提供了可能,使得天线在超宽带、轻薄化和共形技术方面都有所发展。另外,在新理念和新工艺的推动下,传统的天线,如波导缝隙天线,也得到了新的发展。2.2.1 超宽带天线

1.渐变开槽式超宽带天线

渐变开槽式天线又称Vivaldi天线,是一种典型的超宽带天线。Vivaldi天线最早由P.J.Gibson设计用于视频接收,其实物如图2.2所示。[2]该天线的工作频率为8~40GHz。

Vivaldi天线的特点在于辐射槽的形状,Gibson最早采用指数函数

作为天线槽口曲线的函数。随着计算机技术的发展,通过仿真优化出来的Vivaldi天线槽口曲线还可以是椭圆曲线或直线。

Vivaldi天线除了可以作为单天线使用外,还可以作为阵列天线的[3]单元,如图2.3所示。通过优化单元的结构和尺寸,可以使天线具[4]有良好的扫描驻波特性,如图2.4所示。从图中可以看出,在1~6GHz大约6倍频程的范围内,天线具有良好的匹配特性。当天线阵的波束指向为法线方向时,天线的驻波小于2(图中的曲线BS);当天线阵的波束分别在H面和E面扫描到45°时,天线的驻波特性有所下降,但是都在2.5以内。图2.2 Vivaldi天线的实物图2.3 Vivaldi天线单元组成的阵列天线图2.4 Vivaldi天线单元的有源驻波

2.阶梯开槽天线

阶梯开槽天线是渐变开槽天线的一种变形,处于阵列环境中的阶梯开槽天线的设计可以将滤波器理论作为指导,并可以证明该天线有良好的驻波性能。

阶梯开槽天线的单元形式如图2.5所示,它采用多层层压PCB工艺制作。天线单元共包括三层敷铜层,其中最上和最下两层为接地面。在金属接地面上,通过腐蚀或切割形成槽线结构,作为天线的辐射口径。中间金属层为馈电微带,与上、下两层金属接地面合成为带状线馈电结构。在最上和最下两层金属接地面之间,开有若干金属化过孔,将上、下金属层短接在一起,以防止这两层之间存在不希望的平行板模式的电磁波。在馈电带状线终端,也可以采用金属化过孔连接到上、下接地面,以向低频扩展馈电点处的带宽。图2.5 阶梯开槽天线的单元形式

天线单元采用阶梯槽线形式是为了获得良好的匹配特性。天线单元中每一节不同宽度的槽线都具有不同的特性阻抗,而多节不同特性阻抗的传输线依次连接在一起,可以实现宽带阻抗匹配。根据滤波器理论,阶梯形式的多支节阻抗变换线可以在很宽的带宽内实现良好的匹配特性(VSWR<1.2)。

阶梯开槽天线单元不同扫描角的有源驻波曲线如图2.6所示。从图中可以看出,天线具有非常良好的扫描匹配特性。在整个扫描空域内(E面、H面均扫描±60°),绝大多数频点的驻波都小于2。法线方向的有源驻波小于1.4,多数在1.25以下。天线H面的扫描特性比E面好。当天线单元在H面内扫描到45°和60°时,驻波分别不超过1.3和1.8,且多数频点的驻波可以分别控制到小于1.2和1.6。在E面扫描时,高频端可能出现大的驻波,但是这些频点都在11GHz以上,只占整个频率范围的25%,而当其余频段扫描到45°和60°时,驻波在1.4和1.7左右。图2.6 阶梯开槽天线单元不同扫描角的有源驻波曲线

阶梯开槽天线阵已经被应用到机载有源电扫天线中。图2.7和图2.8分别是美国F-22战斗机所采用的AN/APG-77相控阵雷达天线和F35战斗机采用的AN/APG-81相控阵雷达天线,从图中可以看出,这两种天线的辐射单元均为阶梯开槽天线。在这两部雷达天线的基础上,Northrop-Grumman公司在其后为F16和F18战斗机技术升级而配备的有源电扫相控阵雷达天线中,也采用了同样的辐射单元形式,如图2.9所示。

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