【導讀】相控陣雷達采用電子掃描的方法實(shí)現雷達波束的無(wú)慣性?huà)呙?，因此相控陣也叫電子掃描陣?ESA)。對于相控陣天線(xiàn)輻射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常用歸一化的天線(xiàn)方向圖來(lái)描述，它反映波束形狀、天線(xiàn)增益、副瓣等特性。
波束的指向始終與等相位面垂直，而等相位面由陣元間的饋相關(guān)系確定，因此在各個(gè)陣元都是等幅饋電情況下，線(xiàn)性陣的波束方向圖函數為sinc函數。通過(guò)公式詳細分析影響相控陣雷達波束寬度的因素，這里是一維均勻線(xiàn)陣波束寬度的計算公式：
通常，均勻口徑照射情況下3dB波束寬度的k=0.886，若是4dB波束寬度的k=1；其他也可以定義10dB波束寬度等。
我們仿真一個(gè)極坐標下線(xiàn)陣的波束掃描動(dòng)圖，其中外圈標注的是度數-90~90°，0°表示垂直于線(xiàn)陣的方向。其中，一圈一圈的環(huán)代表的是幅度，這里進(jìn)行了歸一化，指向0°時(shí)是0dB。仿真時(shí)設置：N=16，d=λ/2，波束指向從-60~60°，得到下面的動(dòng)圖：
從該動(dòng)圖可以看出：
1. 波束指向角越大，波束寬度越大。
2. 隨著(zhù)波束指向的增大，增益降低。
3. 沒(méi)有進(jìn)行降低旁瓣的加權，旁瓣較高。
4. 陣元間距為半波長(cháng)，沒(méi)有產(chǎn)生柵瓣。
陣元間距的影響
陣因子是一個(gè)周期函數，如果陣元間距取值不合適，相控陣天線(xiàn)掃描時(shí)的輻射場(chǎng)會(huì )在主瓣以外形成與主波束類(lèi)似的有規律的輻射波束，常被稱(chēng)為柵瓣。一個(gè)好的ESA設計必須考慮柵瓣的影響，這里直接給出結果：
相控陣的最大掃描角既不會(huì )是0度，也不會(huì )接近90度；假如線(xiàn)性陣的波束最大掃描角度為60度，那么陣元間距d小于0.54的波長(cháng)就不會(huì )出現柵瓣了。所以，在可以的范圍內適當增大天線(xiàn)陣元間距以減少數量來(lái)達到相同的口徑降低成本。
還有一點(diǎn)需要注意的就是這里的波長(cháng)要選擇工作帶寬中最短的波長(cháng)來(lái)計算，這是因為間距如果保證了最短波長(cháng)的情況都不出現柵瓣了，那它肯定也就滿(mǎn)足了波長(cháng)更長(cháng)的情況。
總結來(lái)說(shuō)，“陣元間距取半波長(cháng)左右”基本不會(huì )有啥問(wèn)題；如果你想放寬一點(diǎn)，那就要結合你的最大掃描角進(jìn)行權衡了；如果你想看看出現刪瓣的情況，下面的兩個(gè)動(dòng)圖僅設置的陣元間距不同，其他參數同上面動(dòng)圖。
d=2λ
來(lái)源：雷達通信電子戰
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