TA的每日心情 | 开心 2021-4-28 13:36 |
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什么是相控阵?
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相控阵,顾名思义,就是以相位控制波束的天线阵列。" w% @/ T# l& _# i- B
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相位为什么能控制天线波束?: {' h; U- j5 R( L* j. q
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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)。' D2 j- u6 e" a9 @3 L1 X1 m: o# i
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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。* p9 l( O7 @0 F, D# F, T/ ^4 `4 B
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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。$ g, O3 ?2 L+ o' S
6 I! I- t0 x3 l6 _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。
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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。! x) C: |7 T. ]$ P) a5 {6 `
我们回到相位上面。( g6 Q4 K* f5 \1 k0 H
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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。1 I# n; ?" |' E
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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。* `* P7 C+ @- t) _) [1 C
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那你要搞好多波源出来,怎么搞是大问题。
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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。3 y4 u& U8 [/ b+ W5 ?; n3 T. A
; M. I, F ^ v. U2 T" D1 }" ~6 K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。& W$ [5 @2 }8 } ~# _% P
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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。
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3 K9 D* b! u W8 ?) j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。
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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。
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