相控阵天线 ppt课件

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第八章课件天线阵3

d cos
天线0
d
场点P
kd cos
r1
天线1
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kd cos
E1 mE0ej
E E0 E1 E0 (1 mej )
I0 r
fu ( )(1 mej )
E E0 E1 E0 (1 mej )
I0 r
fu ()(1 mej )
2
3
22
120 150 180
90 1 60
0.8
0.6
0.4
0.2
30 0
210
330
240
300
270
kd m 0
fa ()
sin
Nkd 2(cos1)Fra biblioteksin
kd 2
(cos
1)
fa ( )
sin
Nkd 2
(cos
1)
N
sin
kd 2
(cos
1)
归一化阵因子
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270
1 kd cos
90
3d cos
2d cos d cos
天线0 d d d
至P点
天线阵轴线
0
2 2(kd cos ) 2 1
3 3(kd cos ) 3 1
E E0 E1 E2 E N1
E 0 (1 e j e j2 e j(N1) ) 1 kd cos
df ( d
)
0
tg N
Ntg
为阵因子最大值条件
2
2
0 ( kd cos )

相控阵原理 ppt课件

35
3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
10mm
0.1 0.2 0.3 0.4mm 缺陷自身高度
缺陷之间的距离 = 10 mm
右图可以看出相控阵图像的缺陷大小依次增大，说明相控阵技术的分辨率高。
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
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3 相控阵探头
武汉中科创新技术股份有限公司
常规探头
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
9
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
研究历史
• 现在逐渐被用于工业检测中，用于航空航天、石油化工、船舶、输油管道、锅炉压力容器、钢结构及异型对接焊缝等动态图像化检测。
B超
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
10
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
国内外研究现状 ——超声相控阵
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
16
2 超声相控阵检测原理
武汉中科创新技术股份有限公司
相控阵技术的优点
相控阵技术相对于X线检测技术优势：
１）耗材成本小，使用成本低；２）检测结果更全面，各维数据显示全面，判性信息更加齐全；３）超声检测更加环保，现场使用更加方便；４）现场操作简单，扫查速度快，检测效率高。
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3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
常量
使用相控阵仪器和探头声束角度可以被改变. 单个探头就可以覆盖全部焊缝检测区域
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3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
2 1

阵列天线PPT课件

.
35
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式阵列 • 泰勒分布阵列
.
36
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式阵列 • 泰勒分布阵列
.
37
阵因子
• 均匀幅值阵列具有最小的半功率波束宽度 • 二项式分布幅值阵列能够实现最小的副瓣电平 • 二项式分布幅值阵列单元间距小于半波长时，副瓣
.
N元等幅均匀线阵
求解最大值点：
阵列存在唯一的一个最大值点，即m=0 求解阵因子的3dB波束点：
.
线阵实例 1: 侧射阵
• 波束最大指向θ0=90°（线阵沿Z轴），当单元的波束最大指向和阵因子的最大波束指向均指向 θ0=90°时，便可达到最佳的侧射阵。 • 对于单元天线的波束指向要求，可以通过选择合适的辐射单元来满足要求 • 对于阵因子的波束指向要求，可以通过合理的调整阵列单元间的间距、每个单元的相位激励实现。
.
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式泰勒线阵—线源激励计算
线源激励幅度的分布为
i1
Ii (p)12 Sn(m)com s()p m1
1
m0
Sn(m)＝(i1[m (i )1!(i)!]21m)!ii1112A2m (2i12)2 0mi
➢在每个天线单元的馈端以及电缆的公共馈端处各接入一个开关 ➢控制联动开关可使波束从边射移到45°方向
.
相控阵
➢ 每个阵列单元都有移相器和衰减器，所有馈电电缆都布置成等长度的组合结构
.
相控阵
➢端馈相控阵也需要逐个单元配有移相器和衰减器，由于在单元之间引入了递进的相位移，随着频率的变化，在额定的相位移之外，还需要附加相反的相位变化作为补偿

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25%
计算结果精度比原有算法高
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空间存储容量为原有算法的
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Summary (总结)
得到优秀的结果的原因
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相控阵天线
课件
主要内容
相控阵天线原
理
发展历程
发展前景
相控阵天线原理
Background (背景)
用一张图片来说明研究背景
Solution (方案)
方案具体步骤说明
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Solution (方案)
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Solution (方案)
Simple
简单
Effective
有效
总结提出的方案，不仅简单，而且有效。
Result (成果)

相控阵天线 ppt课件

电场
磁场
电场电波传输方向
磁场
电场
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的阻抗匹配 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示
通常Ｚ。=50欧姆
馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。
50 ohms
朝前 W
当传输线的特性阻抗Ｚ。天线的输入阻抗Ｚ
（Ｚ -Ｚ。) 反射系数Γ＝ --------------------
（Ｚ（ 1+Γ）
驻波系数Ｓ＝------------（1-Γ）
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系
数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就
无源相控阵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过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
当相邻单元的相位依次相差Φ时，最大波束形成于θ0空间方向。
2λ πd•sin0
d sin
d
d
0
2
k
0
12
k
0
si
n 1
d2/
(N－ 1)
N－ 1
移相器是电调天线的重要组成部分，它通过调节馈电网络的长度来改变各振子馈电相位，实现天线波束下倾
有源相控阵的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每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具有较大的优势
越好。
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的阻抗匹配 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型

相控阵原理 ppt课件

1 技术背景
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规范化的应用情况
ASME CC 2235-8、9明确是可用于替代射线检测的方法之一 ASTM E1961-1998相控阵技术可用于天然气管线焊缝分区聚焦超声检测 DNV-OS-F101允许相控阵技术用于海上石油管线建设焊缝分区聚焦超声
检测中石油《管道对接环焊缝全自动超声波检测》企业标准
• 2001年，我国首次在国家重点工程——西气东输中应用了相控阵技术，即PIPEWIZARD全自动超声检测系统。
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1 技术背景
研究历史
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• 相控阵技术广泛应用于各医院的B超检测中，精确测量人体各器官位置及尺寸变化；
B超
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中国数字超声，始于中科院，一九八八！
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
研究历史
• 现在逐渐被用于工业检测中，用于航空航天、石油化工、船舶、输油管道、锅炉压力容器、钢结构及异型对接焊缝等动态图像化检测。
B超
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
国内外研究现状 ——超声相控阵
2 超声相控阵检测原理
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相控阵的功能
➢ 改变声束位移 ➢ 改变声束角度 ➢ 改变聚焦距离和聚焦特性 ➢ 电子扫描 ➢ 电子扫描成像
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2 超声相控阵检测原理
基本概念
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探头阵列将一个大尺寸的探头按规则分割成许多独立
小单元探头的阵列。
相位控制独立控制各个阵元的发射和接收的微小延时，

2024版相控阵技术的基础原理PPT幻灯片共3文档

发展历程
从20世纪60年代开始，相控阵技术经历了从机械扫描到电子扫描的发展历程，逐渐应用于雷达、通信、电子对抗等领域。
应用领域及现状
应用领域
相控阵技术广泛应用于雷达、通信、电子对抗、医学成像等领域，具有波束指向灵活、抗干扰能力强、分辨率高等优点。
现状
目前，相控阵技术已经成为现代无线通信领域的重要技术之一，随着技术的不断发展，其应用领域也在不断扩展。
气象观测
相控阵雷达可用于气象观测，通过探测大气中的降水粒子、风场等信息，为天气预报和气候研究提供数据支持。
航空管制
相控阵技术可用于航空管制雷达，通过实时监测飞机位置和速度等信息，确保航空安全。
科研领域应用案例分享
天文观测
相控阵技术可用于射电望远镜阵列，通过改变波束指向和接收灵敏度，实现对宇宙深处天体的观测和研究。
地球物理学研究
相控阵技术可用于地震监测、资源勘探等地球物理学研究领域，通过探测地下结构和物质分布等信息，为地质研究和资源开发提供支持。
生物医学成像
相控阵技术可用于生物医学成像领域，如超声成像、核磁共振成像等，通过改变波束指向和发射功率，实现对人体内部组织和器官的精确成像。
THANKS
感谢观看
信号处理与接收原理
信号接收与处理流程
包括信号接收、下变频、模数转换（ADC）、数字信号处理（DSP）等步骤，实现对回波信号的提取、分析和目标检测。
多普勒效应与动目标检测
利用多普勒效应对运动目标进行检测和测速，通过分析回波信号的多普勒频率实现目标运动参数的提取。
杂波抑制与干扰对抗
采用空域滤波、时域滤波等技术抑制杂波干扰，提高雷达系统的抗干扰能力和目标检测性能。

相控阵工作原理 PPT课件

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X =-6 .5 , Y = -6.5 --> X = 6.5
24 40 60 39 59 58
相控阵探头设计参数
A e
H
p
g
探头参数：
频率 (f) 晶片数量 (n) 晶片阵列方向孔径 (A) 晶片加工方向宽度 (H) 单个晶片宽度 (e) 两个晶片中心之间的间距 (p)
相控阵探头设计参数
一个长方形晶片被切割成许多个小晶片，形成一维阵列探头，每个小晶片都可以单独激发。
波束聚焦
晶片数量：10
晶片数量：16
孔径：10 x 10mm 孔径：16 x 10mm
晶片数量：32 孔径：32 x 10mm
相控阵基础
波束形成与晶片波束宽度的关系
A B

d
sin 0.41
线形阵 1维线形阵 2维矩形阵
X =-7 .9 , Y = -8.0 --> X = 7.9
Y =4 .4
4 5 67 8911011121314156 3 2 1
• 圆形阵
– 1维环形阵 – 2维扇形阵
X =-4 .4 , Y = -4.4 --> X = 4.4
Y =1 .9
4
8
12 16 20 24 28 32
叶片根部的扇形扫查
扇形扫查和线形扫查结合
将两种扫查结合起来可以得到独特的视图
使用Tomoview 软件使设置更简单

相控阵天线原理

相控阵天线原理相控阵天线是一种利用电子技术实现波束形成和波束指向控制的天线系统。

相控阵天线由多个天线单元组成，这些天线单元之间可以通过控制电路进行相位和幅度的调节，从而实现波束的形成和指向的控制。

相控阵天线在通信、雷达、无线电导航等领域有着广泛的应用，其原理和工作机制对于理解现代无线通信技术具有重要意义。

相控阵天线的原理基于波束形成和波束指向控制。

波束形成是指通过相控阵天线中的每个天线单元发射的信号之间的相位和幅度的调节，使得这些信号在空间中叠加形成一个特定方向的波束。

波束指向控制是指通过调节每个天线单元的相位和幅度，使得波束的主瓣指向特定的方向，从而实现对目标的定向传输和接收。

相控阵天线的工作原理可以用以下几个步骤来描述，首先，通过控制电路对每个天线单元的相位和幅度进行调节，使得它们发射的信号在空间中叠加形成一个特定方向的波束；其次，通过调节每个天线单元的相位和幅度，使得波束的主瓣指向特定的方向，实现对目标的定向传输和接收；最后，根据接收到的信号进行信号处理，从而实现对目标的探测和跟踪。

相控阵天线的原理可以通过以下几个关键技术来实现，首先，天线单元的设计和制造技术，包括天线的结构、材料、尺寸等方面的设计和制造；其次，相控阵天线的控制电路技术，包括对每个天线单元的相位和幅度进行精确调节的电路设计和实现；最后，信号处理技术，包括对接收到的信号进行处理和分析，从而实现对目标的探测和跟踪。

相控阵天线的原理和技术在现代通信和雷达系统中有着广泛的应用。

在通信系统中，相控阵天线可以实现对移动通信用户的定向传输和接收，提高通信系统的覆盖范围和通信质量；在雷达系统中，相控阵天线可以实现对目标的定向探测和跟踪，提高雷达系统的探测距离和目标分辨率。

总之，相控阵天线作为一种利用电子技术实现波束形成和波束指向控制的天线系统，其原理和技术对于理解现代无线通信技术具有重要意义。

相控阵天线的原理基于波束形成和波束指向控制，通过控制电路对每个天线单元的相位和幅度进行调节，实现对目标的定向传输和接收。

相控阵天线 ppt课件

电场
磁场
电场电波传输方向
磁场
电场
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的阻抗匹配 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示
通常Ｚ。=50欧姆
馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。
越好。
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的阻抗匹配 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型
天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度方向：垂直，水平，+45，-45
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左
增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。
在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远
板状天线增益与水平波瓣宽度
半波振子
半功率波瓣宽度
360
以半波振子为参考的增益
0dBd
带反射板的半波振子 180
3dBd
带反射板的两个半波振子 90 理论辐射图
6dBd 25
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的阻抗匹配 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型
不下倾
电调下倾
机械下倾
电下倾的产生
无下倾时
在馈电网络中路径长度相等
有下倾时

相控阵天线的基础理论

第二章相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列（ESA ）天线。

虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。

天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。

在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。

在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。

在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。

下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。

2.1 相控阵天线扫描的基本原理2.1.1 线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。

根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。

垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。

相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。

由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。

图2.1是一个由N 个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿y 轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为d 。

每一个天线单元的激励电流为(i 0,1,2,...N 1)i I =-。

每一单元辐射的电场强度与其激励电流i I 成正比。

天线单元的方向图函数用(,)i f θϕ表示。

图 2.1 N 单元线性相控天线阵原理图阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ij r i i i i i e E K I f r πλθϕ-= (2.1)式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：B ji i i I a e φ-∆= (2.2)式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。