爱吱声

标题: 什么是相控阵 [打印本页]

作者: 柏林墙    时间: 2019-12-11 20:51
标题: 什么是相控阵
什么是相控阵?
; D  R4 O8 k  E+ d3 |2 P: J/ I
相控阵,顾名思义,就是以相位控制波束的天线阵列。; j5 x" r. Q* D/ a2 }
4 L% M: q% P( Q, B# P& J
相位为什么能控制天线波束?* j1 C" Y( e# C4 _3 ~0 i! X  ~0 E- x$ b  D

4 K, c0 I( P5 ^, M2 M3 q" m1 g首先得搞明白什么是波束。波束跟光束类似,是指雷达辐射出去的电磁波,在不同方向上有不同能量大小,就像手电筒照出去的光,符合你要求的那个强度范围内的都可以应用(照亮,找钥匙,找飞机同理)。
( g- u6 @. |5 ]3 p# R2 K0 Q1 w
2 M; [/ J. k4 l' O. {波束完全由天线形成,会有一个方向图来表示天线的波束分布。我们一般用半功率角表示我们需要的强度,就是能量密度下降到只有中心一半的那个角度,这里面叫波瓣。最大的那个叫主瓣,旁边的叫旁瓣。不要小看旁瓣,很多连续波雷达为导弹提供制导就采用旁瓣进入,比如大名鼎鼎的AIM-54和雄猫组合。
2 V" k9 f7 W) g. w
4 D+ H  X6 C* u  Y最常见的定向天线就是你们说的大锅,锅中间指的方向就是主瓣方向,这种大锅叫抛物面天线,分前馈和后馈,后馈有一种就是我们喜闻乐见的卡塞格伦天线,倒置的卡塞格伦在Su27上一直用到今天,帅不帅。. e9 l; |$ t% x( k6 U4 P
9 k" _0 ]! G2 |* N1 X, p
通常摆动天线就可以改变波束指向,但这需要摆动天线,物理的摆动需要时间和精度。时间,很宝贵,搞不好就小命不保。而精度,很昂贵,精密步进的东西都贵的没道理,摆动机构也是。
! T1 i3 o6 G1 j5 O' t1 E+ K3 X4 l. L, B. f+ N- H7 O
所有机械搞不好或者不好搞的,都交给电来解决,碳基生物弱爆了,铁基更是,只有硅基万岁,在这里可能是砷化镓一类的更万岁一点。0 l, `. N9 N" f  ~4 ?' }6 X
我们回到相位上面。/ z- l% v; n- ?6 b: w3 N0 j7 p7 `8 p8 _
0 N/ H) }: v/ ]& S2 A. T
相位指的是电磁波的某个参数,可以想象为某个特性,就像物以类聚人以群分加上人多力量大一样,同相位的波凑在一起会叠加,变强,但差一半相位的会抵消,颓废,甚至消失。这全凭大家从波源(源头)跑出来的距离,差整数个波长的相位一样,会增强,差半的或者差一点的都不行。" [% U2 ]- r7 p8 U" U( y
3 c* J+ k8 z; E1 a$ D
那么即使波源不动,改变他发出的初始相位,再跟别的波叠加,就可以在某些方向上增强波的能量,就好像出门时候都喝了点,凑在一起的一群人决定直奔网吧开黑,人流滚滚而去;在另一些地方抵消,就好像两个宅男凑一起都呆头呆脑没情绪,最后都回家宅着了一样。这就形成有指向的波束,基本就是相控阵的原理。6 X1 o& D5 L' R5 g( r; M2 w; ~

! K4 \6 j: T2 S1 e6 K4 ^7 |; t' D那你要搞好多波源出来,怎么搞是大问题。
! X/ D/ X% A& S! w! |3 \7 Q9 n1 b: r! ~9 A4 l
一种方法是弄一个波源,用波导(空心大铁管子)捅到扁平的大铁盒子里,然后精确地在盒子一面开槽,每个槽视为一个小波源,那么你只要控制这些槽子就能控制波束,这叫无源相控阵天线,这个跟平板缝隙天线原理差别在于能不能控制槽子(缝隙)的初始相位,不能就得老老实实晃整个天线,点头摇头来改变波束指向,能的话你就是先进的相控阵,可以吹一波。" x1 {+ t5 z( Y% F$ @, G

& r7 B1 ~8 g: c0 _  h顺带说一句,这些小缝隙很难开出来,要分布很精确,尺寸很精确,不是高技术但是高工艺,我们到上世纪末都搞不定,所以你们说的PD雷达一直很难,很难,搞定他以后无源相控阵反而很简单。+ I) ?; L) r- D
% S8 D. V$ L0 R' }) \, s8 Y5 T
当然还有另一种方法,不开槽子了,要波源是不是,直接弄很多个波源上去,叫做T/R组件(收发组件),这些通电就能用,动一动电就能变的小馈源完爆铁基的破盒子,就是很贵,当然生产多了也不那么贵了,特别是5G的基站据说要大量用这种相控天线的时候。真的,硅基有时候就是很万岁的。
5 U/ Z# E' C0 p+ a7 f( B
: d8 Y) t( }3 z这些组件是全固态的,用了砷化镓一类材料的比较厉害,用了碳化硅一类的就比较一般,但实际就跟家里CPU似的,里面全是PN结,其实挺难坏的。但是硅基一直很热,电脑超频时候都很热好不好,这么多硅基凑一起更热,搞得很容易烧掉,要制冷,要开空调。开水冷空调的目前是主流,有用专门冷却液的,跟汽车似的,也有用燃油的,F-35用燃油,搞得不敢把油烧完就得落地,不然雷达烧了王师要大大的花钱。当然我们给枭龙弄了个风冷的,开风扇,这个我一直觉得比较扯,你家夏天能靠风扇熬过去吗?除非你真缺那俩钱,跟巴基斯坦似的。7 b' ~- X- m. X: g8 j6 J+ K  ^

! B' g* f3 z. i当然还有一些超纲的内容。某个叫慧更斯的人指出,空间里有电磁波的地方都可以视为波源,大家先进带动后进,一起震动,一起发展下线,于是简单的波源辐射变成了大合唱,衍生出波前、菲涅尔区一系列必须微积分求解的混乱复杂的东西,这些看起来一点用没有,但是对计算某个点的场强矢量、进而求解反射波的一堆参数,进而搞定波束触地、最小余隙一类的东西大大有用,这些交给专业人员,我也说不明白。3 R0 J: |. r, w# b: h' |: r( S& B

作者: testjhy    时间: 2019-12-11 21:21
理解它有点象翻柏林墙,
作者: radioradio    时间: 2019-12-11 22:20
射电天文里面也有类似的技术,比如目前热火朝天的平方公里阵列,就是拿一堆小天线来做波束合成,最后等效成一个接收面积1平方公里的超大射电望远镜,还同时有几千个波束进行观测。不过射电天文现在是在后面用计算的方法进行数字波束合成。
作者: 雨楼    时间: 2019-12-11 23:11
所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。
作者: 北京阿新    时间: 2019-12-12 01:47
现在最先进的功率元件的方向是氮化硅?
作者: 四处张望    时间: 2019-12-12 02:01
雨楼 发表于 2019-12-11 23:11, f5 `1 j$ X# a- w8 C! d
所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。 ...
5 H3 D3 n! r  M5 N& J
那个的难度是怎么便宜能交货
作者: 无言    时间: 2019-12-12 04:57
@雷达
作者: 勤劳工作的猪    时间: 2019-12-12 08:07
以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达,当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂
作者: mezhan    时间: 2019-12-14 11:53
勤劳工作的猪 发表于 2019-12-12 08:07
! i9 ?/ ^6 _% _* O) B6 g9 J以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达,当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂 ...
, c0 H3 `4 y. ?9 {+ u2 P
卡宾达的灯塔
1 M5 ^/ ^+ S/ S7 r! y3 G马里亚纳玄燕鸥
作者: 常挨揍    时间: 2019-12-14 12:59
mezhan 发表于 2019-12-14 11:53
/ l! S" o3 L9 `# k2 Z+ U  S: ]卡宾达的灯塔
) v0 S8 ?- D7 E8 \* Q9 C马里亚纳玄燕鸥
3 K" i" P: |. F4 a
第一篇是美索不达米亚之眼。
9 t% _( |7 \7 k: q马里亚纳玄燕鸥是新出的俺还没看




欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2