毫米波相控阵天线研究

（ ）天线 波 束 扫 描 不需 要笨 重 的 机 械 转 动 １
控 制 每路 数 字式 移 相 器确 保 波 束 扫 描时 对 每支
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１ ６
舰 船 电 子 对 抗
第 ２ ７卷
限 幅
微波信 号
功
放大
限 幅
混频器
毫米波 １ 放大器Ｉ
毫米波
放 大 器
毫
米
波
天
Ｃ
０
器 Ｉ ｌ
大
分 器
放大
混 频 器
线
多位数字式
限 幅
混频器
毫米波
放 大
阵
列
Ｉ 移相器
●— Ｊ
放 大｛ ｝
多 位 一一 数 移一一 移 字 相一一 相 式 器一一 器 多 位 数 字 式
堡 Ｉ 苎堡
（ ）波束 控 制灵 活 ， 用 同一 天线 搜 索跟 踪 ３ 能
和 干扰 多个 目标 以适应 密 集信 号环 境 。 （ ）多个 阵元 ， ４ 每个 阵元 所 带 的放 大器 的功 率不 需要 特别 大就 能形 成 较大 的功 率 ， Ｐ职 一 即 Ｎ ＰＧ （ 中 ： 为单 元 数 目； 其 Ｎ Ｐ为单 元 的功率 ；
０ 引 言
近２ Ｏ年 来 ， 国外 毫米 波技 术 在 军 事 上 的应
用 引人 注 目， 特别 是毫 米波 近程 雷 达技 术 和精确 制 导武 器 的发 展异 常 迅猛 ， 给现 代 战争带 来 的 它 影 响是不 可估 量 的 。 随着毫米 波 固态器 件 、 大规 模集 成 电路和 超 超 高速集 成 电路 的发展 ， 使毫 米 波导 引头 和弹 将 载 信 号处 理机 体 积 更 小 ， 活 性 和 实用 性 更 强 。 灵 这 必然导致 各种 “ 巧 ” 弹 、末 敏 ” 弹大量 出 灵 导 “ 炮
齐 拴 虎 ， 志 权 何
（ 舶 重 工集 团公 司 ７３所 ， 州 ２ ５ ０ ） 船 ２ 扬 ２ ０ １
摘 要 ： 了国 内外毫米波相 控阵天线技术的发展现状 ， 绍了相控 阵天线的原理 ， 阐述 介 指出了实现毫米波相控
阵 天线 的技 术关 键 。 给 出 了 目前 的 技 术 条 件 下 实 现 毫 米 波 相 控 阵 天 线 的途 径 。 并
Ｇ为单元 增益 ） 。
ｓ 芸（ ｏ０ ） ｉ ｋ ｓ一 ｎ ｄｃ
（）一 ——争—————一
ｓ ｎ １（ ｄ ｃ ｓ ｉ ｋ ｏ ０一 ）
（） １
（ ）故 障 弱 化 。 由于 相 控 阵 是 由很 多 阵元 ５ 形成 的综 合 效 果 ， 即使 个 别 阵 元 出现 故 障 ， 也不
Ｅ 设 备 计 划 ， 在 ＡＮ／ Ｑ １ ３ １ ９干 扰 吊 Ｗ 并 ＡＬ 一 １ ／ １
舱 中增 加毫 米波 干扰 模块 ； 而前 苏联 充分利 用 自
己在 毫米波 大功 率 回旋 管制 造技 术上 的优 势 ， 积 极 实施 毫米 波 Ｅ 研 究 计 划 。 美苏 两 国对 电磁 Ｗ 频 谱领 域 中毫米 波段 的利 用 和反 利用 、 控制 和反 控制 拉 开 了国外 毫米 波雷 达对 抗 的帷幕 。 毫米 波 Ｅ 技 术发 展 的状 况 是 毫米 波 对 抗 Ｗ 落后 于毫 米波 雷达 技 术 ， 体 表现 在毫 米波 雷达 具 和 毫米波 制导 技 术 经 过 数 十 年 的发 展 已趋 于成 熟 ， 界性 的毫 米 波 雷达 市 场 已 初 具规 模 ， 毫 世 而 米波 对抗 技 术 刚 刚 起 步 。毫 米 波 雷 达 器件 的体
８ Ｏ年代 ， 苏 两 国 为 了 对 抗 对 方 毫米 波制 导 导 美 弹的威 胁 ， 相 研 究 毫 米 波 电 子 战 （ Ｗ） 备 ， 竞 Ｅ 设 如美 国针 对苏 联 工作 在 毫米 波 波段 的 ９ １ ／ １ Ａ－０ １
地空 导 弹 ， 击 实 施 Ｆ １ 突 一５战 斗 机 装 备 毫 米 波
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２０ ０ ４年 ６月 第 ２ 卷 第 ３期 ７
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨ Ｉ ＰＢＯ ＡＲ Ｄ ＥＬＥＣＴＲＯ Ｎ Ｉ ＣＯ Ｕ ＮＴ ＥＲＭ ＥＡ ＳＵ ＲＥ Ｃ
Ｊ ｎ２０ ｕ ．０ ４
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ Ｉ２ ．
毫米 波 相 控 阵天 线研 究
ＱＩＳ ｕ ｎ ｈ ＨＥ ｈ— ｕ ｎ ｈ ａ － ｕ， Ｚ ｉｑ ａ
（ ｅ ７ ３ Ｉ ｓ ｉｕ ｅｏ Ｓ Ｃ， ｎ ｚ ｏ ２ ０ １ Ｃｈ ｎ ） Ｔｈ ２ ｎ ｔ ｔ ｆＣ Ｉ Ｙａ ｇ ｈ ｕ ２ ５ ０ ， ｉ ａ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｉ ｐ ｐ ｒ ｉｌ ｔ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｌｉ ｔ ｒ ｗａ ｐ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ ａ ｅ ａ ｓｒ ｃ ： ｓ ａ ｅ ｌｕｓ ｒ ｔ ｓ ｈ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎｔ ｏｆ ｍｉｌｍｅ ｅ ｖｅ ｈａ ｅ ｒ ａ ｎｔ ｎｎ ｔｃ ｅ ｈｎｏ ｏ ｌ ｇｙ，ｎｔ ｏ ｃ ｓ ｔ ｉ ｉ ｅ ｏ ａ ｅ ｒ ａ ｎｔ ｎｎａ，ａ ｄ ｉ ｉ ａ ｅ ｈｅ ｃ ｕ ｉ ｌｔ ｃ — ｉ ｒ ｄｕ ｅ ｈｅ ｐｒｎｃｐｌ ｆｐｈ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ ａ ｅ ｎ ｎｄ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｃａ； 天线
中图分类号 ： Ｎ ２． Ｔ ８ １８
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： Ｎ ２１１（０４０—０４０ Ｃ ３—４３２０ ）３０１—３
Ｓ ｕ ｙ ０ ｉｌｍ ｅ ｅ ａ ｅ Ｐｈ ｓ ｄ Ａｒ ａ ｔ ｄ ｆ Ｍ ｌｉ ｔ ｒ Ｗ ｖ ａ ｅ ｒ ｙ Ａｎ ｅ ｎａ ｔｎ
会影 响它 的正 常工 作 。
式 中 ： 一２ｃ 。 ｋ ７
最 大值 出现 在 ｋ ｏ ０ ｄｃｓ — — ０， ： 即
一
３ 毫米 波 相 控 阵 的技 术 关键
（） ２
毫 米 波和厘 米 波 、 波 的不 同在 于它 的波长 米
由式 （ ） ２ 可知 ：
短 。８ｍｍ 波 段机 械 装 配 上 相差 百 分 之 二毫 米 ， 相 位就会 相 差 １ ； 。３ｍｍ 波 段 机 械精 度 差 不 到百 分 之一毫 米 ， 位 就 会 相 差 １。 这样 高 的 加 工 相 。 精 度给天 线 毫米 波器 件 、 线 的设 计和 加工 带来 馈
ｌ （ｏ０ ）ｌ ７ 去是 ｃｓ一 ＜ ｃ
天线 元 间距 ｄ有 关 ， 大间 距为 ： 最
】
（） ３
保 证每一 天线 单元 及 相关 器件 的相 位 一致性 。
另外 ， 字式 毫米 波移 相 器 国内 尚未生产 出 数
推导 可知 ： 栅瓣 的 出现 与扫 描 的范 围± 和
统 体积小 、 量轻 。 重
（ ）天 线 扫 描 无 惯 性 ， 束 控 制 灵 活 ， 束 ２ 波 波
能 在很短 时 间 （ 几 ｓ 指 向预 定 空 间 ， 而 大 大 ） 从 节 约 了扫 描 时间 。
相控 阵 的样 式 很 多 ， 了 减 小 线 性 尺 寸 ， 为 实 现 圆对称 波束 ， 高增 益 ， 提 常常使 用 面 阵 ； 了减 为 小 副瓣 电平 ， 现波 扫描 时 的 恒 定 ， 常使 用 加 实 常 权相 控 阵等 。但 无 论什 么形 式 的阵 ， 其原 理都 基 于 均匀 线 阵 ， 因此 ， 里 只简 单 介 绍 均匀 线 阵 的 这 基本 原理 。均匀 线 阵 的原理 图如 图 １ 所示 ， 所 众 周知 ， 阵函数 为 ： 其
ｔ ｒｗ ａ ｅ ｐｈ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ ａ ｅ ｎａ ｕｎ ｒ ｐｒ ｓ ｎ ｅ ｈｎｉ ｕ ｏ ｉｉ ｎ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ． ｅ ｖ ａ ｅ ｒ ａ ｎｔ ｎ ｄｅ ｅ ｅ ｔｔ ｃ ｑ ｅ ｃ ｎｄ ｔｏ ｒ ｉ ｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ：ｍｉｌ ｅ ｒ ｖ ｐｈ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ； ｎｔ ｎｎ ｙ ｒ ｌｉ ｔ ｅ ｗａ ｅ； ａ ｅ ｒ ａ ａ ｅ ａ ｍ
控 阵 干扰 技术 。
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第 ３期
齐拴 虎等 ： 米波相控 阵 天线研 究 毫
１ ５
２ 相控 阵 的原 理 及 其 特 点
２ １ 相 控 阵 的 原 理 ．
装 置 和旋 转 空 间 ， 善 了 波 束 的稳 定 性 ， 改 天线 系
很 大的 困难 。 因此 ， 它的关 键 技术 之一 就是 如何
（ ）对 于 固定 的频 率 （ １ 不 变 ） 若 移相 器 的 ， 移 相量 发 生变 化 ， 的最 大值 就会 发 生 变 化 ， 阵 这 就是所 谓 的波束 扫描 。 （ ）若 想避免 栅 瓣 的 出现 ， 须满 足 ： ２ 必
频 到毫 米 波 波段 。图 ２是 有 源相 控 阵 的一 个 原
理框 图 。
２ ２ 相控 阵 的特点 ．
在 图 ２中 ， 用微 波 多位 数 字式移 相器 解决 毫 米波 波长 短 、 位难 以控 制 的 问题 。通过计 算机 相
相控 阵天线 与其 它 天线 相 比有 以下优 点 ：
若 一 土３ 。那 么 ｄ ≤ ０ ５ ６ ； Ｏ， ． ３ Ａ 若 一 土４ 。 ５， 那么 ｄ ≤ ０ ５ ６ 。因此 通 常 为 了不 出现 栅 瓣 ， ．８ Ａ 人们 取 ｄ 一 ０ ５ 。 ．
４ 目前 技 术 条 件 下 实 现 毫 米 波 相 控 阵 的途 径
来， 国外 处 于禁 运状 态 ， 如何 解 决 毫 米 波数 字 移 相器 问题 也是关 键 之一 。还有 ， 相控 阵要 实现 波
一『 干
丌
（） ４
束扫 描 ， 支 路 肯定 要 处 于不 同状 态 ， 各 这必 然会
引起各 支 路 幅度 上 的不 一致 ， 而相控 阵各 支路 的 幅度要 尽 量保持 一 致 ， 如何 解决 这个 问题 也是 毫 米波相 控 阵的技 术关 键 。
要 实现 毫米 波相 控 阵 ， 须解 决本 文所提 出 必 的技术关 键 ， 这在 目前 国内技 术条 件下 是不 可能 的 。因此 ， 实现 这 一 技 术 就 要 绕 开 这 些 难 点 ， 要
在微 波 波段解 决 所提 出 的问题 ， 然后 将频 率上 变
图 ｌ 均 匀 线 阵 原 理 图
Ｌ 查
路 的一致 性 问题 ， 妙避 开 了毫米 波相 控 阵技术 巧 目前 难 以解 决 的 矛 盾 。这 一 技 术 的 实 现 在导 弹 突 防和 导弹 防御 这 一 对 矛 盾 已经 激 化 到让 世 界 普遍 关注 的今 天 ， 毫 米波 导 引头 干扰技 术 的研 对
１ 国内外毫米波发展 的现状
国 外 毫 米 波 雷 达 对 抗 技 术 起 步 于 ２ 世 纪 ０
收稿 日期 ：２ ０ Ｏ —２ ０ ３一 ９ ５
积小 、 波束 窄 、 瓣 低 ， 给 Ｅ 造 成 截 获 和 干 旁 这 Ｗ 扰 的困难 ， 而对 付这 种威 胁 的最 有 效途径 就 是相
ｎ ｑ ｅｔ ｅ ｌ ｅｍｉｌ ｅｅ ｖ ｈ ｓ ｄａ ｒ ｙ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ａｌ ｉｕ Ｏ ｒ ａｉ ｌ ｍ ｔｒｗａ ｅｐ ａ ｅ ｒａ ｎ ｅ ｎ ．Ｆ ｎ ｌ ｚ ｉ ｙ，ｔ ｅｗａ ｓｔ ｅ ｌ ｅｍｉ ｉ — ｈ ｙ ｏ ｒ ａｉ ｌ ｍｅ ｚ ｌ
现 在现代 战场 上 。 而对 付 这 种 “ 身 ” 胁 的办 近 威
法 就是发展 装 有毫米 波 相控 阵 天线 、 具有 快速 反 应 能力 的电子对 抗设 备 。因此 ， 毫米波 相控 阵 对 天线 的研究 就成 为 ２ 世 纪对 抗 国外 军事 强 国需 １
要研 究 的课 题 。