原创相控阵天线的今生与前世

 2013-11-21 15:14  2172 12 13 分类: 模拟

相控阵天线发展以及未来的发展趋势无源，有源，双极和单片微波集成电路（MMIC）相控阵地面，船舶，航空和航天的应用程序。 DD（X）舰雷达覆盖;战区高空区域防御（GBR），欧洲COBRA;以色列BMD雷达天线;荷兰船上的APAR，美国的F-22，JSF和F-18机载雷达，欧洲的AMSAR，瑞典的AESA，日本FSX和以色列的“费尔康”铱（66共198天线的卫星在轨道上NAS）和全球MMIC空间传播活动阵列系统（泰雷兹（前身为汤姆逊-CSF）4“MMIC晶圆，94GHz的导引头天线数字波束形成;铁电行列光学扫描;通信和电子扫描雷达的MMIC C到Ku波段的先进共用孔径计划（ASAP）和AMRFS通信共用天线系统，雷达，电子对抗（ECM）和电子支援措施（ESM），连续横向存根（CTS）的可变电压介质（VVD）的天线。

超视距相控阵雷达天线

在过去的三十年相控阵已经走过了很长的路要走。许多管被动阵列和固态有源阵列，使用离散和MMI技术已部署或正在发展-第一代相控阵。

相控阵采用微波模拟集成电路（MMIC），第三代。另外，一看到相控阵世界各地的开发。包括新的L波段GEC-马可尼S185OM（SMARTELLO），这将提供很长的范围搜索的SAMPSON雷达是皇家海军的45型防空战（AAW）驱逐舰和新AMS L波段RAT 31DL.86SMARTELLO使用SMART-L天线和马尔泰洛的元素。

机载相控阵的天线阵列

包括美国攻击的攻击巡航dao 弹防御升高网状传感器系统（JLENS），由长范围3-D监视雷达和高频率精度跟踪照射雷达部署在航空器;介质扩展防空系统（MEADS）UHF监视雷达;美国陆军的多任务雷达（MMR），英国/美国空降对峙雷达（ASTOR），相当于英国美国联合STARS（JSTARS）美海军陆战队经济实惠地面雷达（AGBR）和多个角色雷达系统（MRRS）。图8和图9给的状态OFTHE-艺术的GaAs MMIC功率放大器GaAs和InP低噪音放大器（LNA）。

宙斯盾舰载相控阵天线系统

天基雷达数字波束形成相控阵已部署的系统或正在开发中。研究及开发适用于未来的相控阵系统杂波抑制空降系统（STAP和神龙公司）为了配合地面杂波空降旁瓣干扰雷达，丰富的工作正在进行对发展的机载相控阵使用空时自适应处理（科技）.25,26 STAP是一个普遍的形式流离失所的相位中心天线（DPCA）处理。一直STAP几年前的一个证明修改E2-C系统。最近，飞行表演科技咨询小组提供了52至69分贝旁瓣杂波消除相对主波束clutter.29上该系统采用阵列安装侧上的飞机的。该天线有11度的自由方位角和仰角，对于一个共有22个。之前STAP，天线RMS旁瓣电平为-30 dBi的;科技咨询小组，为-45 dBi的。C-到Ku波段的多用户高级共享孔径计划。

美军的机载相控阵驾驶仪表系统

（ASAP）MMIC阵列和双频AMRFS的的和LC-阵列丹麦眼镜蛇雷达系统有16％的带宽和罗特曼透镜多波束阵列系统有2.5到1的频率带宽。科技已经进行发展活跃MMIC相相扫描阵列具有大于2比1的频率带宽并在同一时间共享由多个用户。具体而言海军航空武器中心（NAWC）和德州仪器（TI，现在部分雷神公司）开发一个宽带阵列，其具有连续从C-通过Ku波段的覆盖面共享功能雷达，无源电子支援措施。

（ESM），有源电子对抗措施（ECM）和通信。为了实现这一宽带宽，喇叭形陷波辐射元件使用。交叉缺口使用，因此，水平，垂直或圆极化可以得到的。他们建立了一个固态T / R模块，提供了覆盖范围这从C到Ku波段的宽带不断。该模块有一个电源2〜4的元素，每一个模块输出噪声系数6.5和9分贝之间， A 10由10个元素的数组，有八个活动T / R模块，是专为测试途。它最终将可以使用同时阵列的一部分雷达阵列的一部分ESM，ECM和部分通讯。

移动的相控阵天线系统

共用孔径技术现在正在推进由美国海军研究办公室（ONR）先进多功能雷达频率系统（AMRFS）program71，78和DARPA的可重构光圈程序。英国已制定一个双频阵列，这将使一个单一的L波段雷达使用搜索和X波段的轨道中，以避免使用一个单一的妥协频率搜索和track.52的现正考虑的数字波束形成及其潜在表2列出了其中数字波束形成。

（DBF）一直运作使用，一些发展系统相继建成，其显着的优势。第一运算雷达使用数字波束形成温习视距（OTH）雷达，特别是GE OTH-B和雷神重新定位的超视距雷达ROTHR。该ROTHR接收天线是约长8500英尺。最近，Signaal公司采用数字波束形成他们部署了3-D叠梁SMART-L和SMART-S船上系统。每一行降频转换和脉冲压缩带锯床线然后模拟至数字（A/ D）转换12位，20 MHz模拟设备A/ DS。信号，然后调制到的光信号，并通过向下通过一个光纤旋转接头数字波束形成器，一是罗马实验室（汉斯科姆AFB，MA），32列的线性阵列C波段，并采用了新型的自校准系统中罗马实验室还开发了一个快速数字波束形成器，采用了收缩基于处理器architecture77二次余数系统（QRNS）0.32MICOM（美国陆军）建一个使用DBF空间馈电lens.33实验英国MESAR S波段系统做数字波束形成的子阵列。evel.34此实验系统具有16个子阵列，共918波导辐射单元和156T / R固态模块。洛克庄园英国研究公司已经建立了一个实验的13个元素的数组使用数字波束形成传输为以及于receive.35这一实验系统采用普莱塞SP2002芯片作为一个运行在400 MHz率在每一个数字波形发生器。

舰载的相控阵天线系统

国防研究瑞典成立已经建立了一个实验S波段天线工作在2.8和3.3千MHz，这不使用数字波束形成25.8 MHz的采样率19.35MHz中频signal.23的优势

使用IF频率采样，而比基带采样是一个不必担心不平衡这两个I和Q之间的频道，或直流偏移。他们表明，通过采用数字波束形成，它们可以补偿的振幅和相位的变化发生的各个元素。通过校准，他们能够降低到元素的元素增益变化的角度来看，由于相互从±1 dB的耦合，±0.1分贝。

使用均衡他们也能降低为±0.5超过5 dB的增益变化MHz带宽小于±0.05分贝。这个校准和均衡，，超过5 MHz带宽。 50分db用切比雪夫加权。该RMS的旁瓣下降65 dB。这项工作演示的潜在优势提供数字波束形成尊重获得超低天线旁瓣。这些结果是不在现场实现实时，这是最终的目标。

麻省理工学院林肯实验室研制一种全数字技术机载监视雷达接收机类似的相控阵雷达UHF E-2C.43他们是A / D采样直接在UHF频段（430兆赫）使用罗克韦尔8位，3 Gbps的A / D转换运行在室温下。三个阶段向下转换实现数字化因为A / D量化噪声过滤，有效数字增加的比特的A / D转换。为例如，如果信号带宽为5 MHz，的增加，信号tonoise比为3/2千兆赫（5兆赫）= 25分贝。在未来这三个芯片可以由一个单一的0.35微米取代CMOS芯片。海军研究实验室（NRL），麻省理工学院林肯实验室和NSWC共同发展Lband的有源阵列有一个A / D转换器在每element.64，65,81使用数字波束形成，麻省理工学院林肯实验室一直开发一个高性能，低功耗信号处理器做数字波束形成和信号处理X波段地面移动目标显示（GMTI）和合成孔径雷达（SAR）的映射。

其天线包括12子阵列和4小额贷款。信号的带宽被假定为180MHz。对于此系统，有必要板级信号处理和实时遥测，因为下来就需要信号-35 Gbps的数传输速率，主板上的信号处理器必须做数字波束形成，脉冲压缩，多普勒处理。

林肯实验室已经表明，它将由64个芯片，分别提供10 GFLOPS使用0.07微米技术和具有1.25 GHz的时钟。德州仪器（TI）的路线图，其TMS320数字信号处理器（DSP），这样的处理能力让实验瑞典超低副瓣天线空降STAP阵列可行的。海军研究实验室（NRL）已发展两排柱阵列转向技术，具有潜在的低成本的二维转向arrays技术，一个最接近可能的部署，涉及使用两个阵列背对背。