相控陣寬帶抗干擾中真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的應(yīng)用

米 添

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

相控陣寬帶抗干擾中真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的應(yīng)用

米 添

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)在相控陣寬帶抗干擾領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文章對(duì)相控陣寬帶抗干擾中真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，首先介紹了真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)，然后通過(guò)理論分析，對(duì)仿真驗(yàn)證進(jìn)行探討，可知通過(guò)采用真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)能夠有效增強(qiáng)相控陣寬帶的抗干擾性。

相控陣；寬帶抗干擾；真實(shí)時(shí)間；延遲技術(shù)；電子干擾

對(duì)于相控陣而言，想要實(shí)現(xiàn)雷達(dá)生存能力以及減少反輻射導(dǎo)彈威脅等方面的能力的提升，尤其是對(duì)于減少電子干擾方面，都需要發(fā)揮出相控陣天線的抗干擾能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣才能最大程度減少設(shè)計(jì)中波束形狀與實(shí)際陣列波束的誤差。因此，對(duì)于普通相控耳邊移相器可以采用真實(shí)時(shí)間延遲器件來(lái)進(jìn)行替換，再通過(guò)波速掃描控制來(lái)增強(qiáng)相控陣的寬帶抗干擾能力。

1 真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)概述

所謂真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)所指的是，在進(jìn)行相控陣設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以有效提升寬帶抗干擾能力。此技術(shù)主要是將附加天線應(yīng)用于相控陣列寬帶中，從而可以有效減小其邊緣形成的截?cái)嘈?yīng)。直實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的使用可以為相控陣中單元方向圖和邊緣單元方向圖保持一致，從而可以讓相控陣中的單元方向圖構(gòu)成相對(duì)應(yīng)的陣因子。結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求能夠?qū)⑦@些所形成的陣因子應(yīng)用到低副瓣設(shè)計(jì)中。這種設(shè)計(jì)方法能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過(guò)程中波束形狀與實(shí)際陣列波束之間所產(chǎn)生的誤差減少到最小值。在采用真實(shí)時(shí)間延遲器件過(guò)程中，可以增強(qiáng)相控陣型天線的寬帶抗干擾能力，同時(shí)還可以消除相控陣天線掃描過(guò)程中所形成的孔徑效應(yīng)，這也能夠有效增強(qiáng)相控陣天線寬帶的電子干擾能力。真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的不斷發(fā)展，成為了提高寬帶抗干擾能力的主要方法，并已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其技術(shù)與設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。為更好驗(yàn)證此方法的功效，可以采用9～11GHz頻率的1*32直線陣進(jìn)行研究。同時(shí)通過(guò)仿真分析方法，來(lái)對(duì)陣列中的副瓣電平進(jìn)行掃描，最終可以得出其波束保持指向一致的結(jié)論。在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，比較重要的組成是相控陣型天線，此天線系統(tǒng)中所具有的低副瓣電平，能夠在相控陣?yán)走_(dá)體系中產(chǎn)生極強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)于傳統(tǒng)的陣列在開(kāi)展低副瓣設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般情況都是采用點(diǎn)源來(lái)作為陣因子設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法所形成的波束形狀與實(shí)際波束存在著一定的區(qū)別。通常情況下，大型相控陣型天線的使用會(huì)因?yàn)槠淇讖蕉稍蕉a(chǎn)生一定的影響，并在其天線體系中的瞬時(shí)信號(hào)帶寬窄，然后在波束掃描技術(shù)的支持下完成頻率捷的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變能夠讓波束指向產(chǎn)生偏移，并在其偏移問(wèn)題的影響下，讓最大波速指向干擾方向，整個(gè)過(guò)程會(huì)增加相控陣的威脅。

2 理論分析

對(duì)于傳統(tǒng)相控陣設(shè)計(jì)時(shí)，通常在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的都是低副瓣技術(shù)。在進(jìn)行相控陣因子選擇時(shí)，所采用的是點(diǎn)源方式來(lái)實(shí)現(xiàn)把所有單元近趨向全向輻射。采用這種設(shè)計(jì)理念，對(duì)于單元因子對(duì)相控陣的影響沒(méi)有進(jìn)行認(rèn)真的考慮，讓其設(shè)計(jì)的波束形狀與通檢測(cè)所觀察到的波束形成了一定的區(qū)別，這種所產(chǎn)生的區(qū)別會(huì)在一定程度上削弱相控陣天線低副瓣的性能。某些設(shè)計(jì)對(duì)于單元因子有了一定的考慮，但要實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)必須要有特定的條件來(lái)給予支撐，需要在相控陣中所產(chǎn)生的單元都擁有相同的方向圖。然而實(shí)際情況中，相控陣中與其邊緣所產(chǎn)生的單元方向圖卻有著極大的區(qū)別與差異。通常情況下，陣列邊緣增加接負(fù)載單元。通過(guò)增加負(fù)載單元，能夠確保邊緣方向圖與陣中方向圖保持一致。但在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)制定具體的增加接負(fù)載單元數(shù)量，并通過(guò)仿真分析來(lái)完成具體的設(shè)計(jì)。文章中主要是以1×32直線陣為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了達(dá)到預(yù)期效果，可以在設(shè)計(jì)中增加兩個(gè)接負(fù)載的單元。增加的接負(fù)載單元的設(shè)計(jì)完全滿足了縮小邊緣單元方向圖與陣中單元方向圖差異性的目的。整個(gè)陣列設(shè)計(jì)的示意圖如圖1所示。此外，在進(jìn)行相控陣所產(chǎn)生的孔徑渡越效應(yīng)分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陣列天線掃描達(dá)到θ角度時(shí)，其陣列中兩端單元形成的輻射信號(hào)依然有區(qū)別。這種區(qū)別主要表現(xiàn)于，當(dāng)同時(shí)到達(dá)θ方向目標(biāo)時(shí)或者對(duì)于接收陣，陣列兩端單元所接收的信號(hào)并無(wú)法同時(shí)相加，這種現(xiàn)象可以稱之為陣列孔徑渡越效應(yīng)。為了能夠滿足設(shè)計(jì)要求，可以在工作頻率為的相控陣中，對(duì)其陣列所形成的波束進(jìn)行掃描，并要求其掃描角度達(dá)到θ，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)柵瓣的要求，其陣列中的天線單元間距d需要滿足相關(guān)的要求，即：可以視為fmax的波長(zhǎng)。同時(shí)，1*32陣列中天線的口徑尺寸為式中：。當(dāng)其掃描角度達(dá)到θ時(shí)，其天線孔徑渡越時(shí)間為：。在此陣列中，第個(gè)單元，可以使用長(zhǎng)度為的延時(shí)器，其天線孔徑渡越時(shí)間減少為：，在此式中的C是真空光速。當(dāng)式中的時(shí)，則代表整個(gè)陣列中的孔徑渡越時(shí)間消除。其式中的每個(gè)單元都使用了延時(shí)器的情況，當(dāng)在m個(gè)子陣的情況下，天線孔徑渡越時(shí)間則轉(zhuǎn)變成為了：

圖1 增加接負(fù)載單元后的天線陣布局示意圖

3 仿真驗(yàn)證

通過(guò)上述的方法，可以設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率保持在9～11GHZ頻率的l×32天線陣列天線陣，這種天線陣列如圖1所示。通過(guò)對(duì)其陣列的分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在天線陣邊緣的兩個(gè)單元選擇接負(fù)載，并在其32個(gè)身頻組件接入兩個(gè)單元負(fù)載中間，其陣列就形成了四個(gè)天線單元為一組的形態(tài)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)射頻模塊時(shí)，可以采用4入1出的原則，并將其陣列中單元方向圖作為單元因子來(lái)進(jìn)行低副瓣設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)將副瓣電平目標(biāo)設(shè)為－30dB，并通過(guò)掃描可以看出天線副瓣電平為－30dB，完成達(dá)到了預(yù)期的效果。另外，在進(jìn)行移相器與真實(shí)時(shí)間延遲器件的研究時(shí)。通過(guò)研究所選擇的是掃描方式是針對(duì)陣列天線波束掃描的形式。通過(guò)仿真驗(yàn)證明，其陣列中的射頻組件模塊中采用傳統(tǒng)的移相器和真實(shí)時(shí)延器件，在通過(guò)中心頻率10GHz進(jìn)行布相。如果針對(duì)其陣列進(jìn)行掃描并達(dá)到40o時(shí)，選擇了移相器最大波束方向隨頻率變化會(huì)產(chǎn)生一定的偏移。使用移相器和真實(shí)時(shí)間延器件的波束峰值位置隨頻率變化關(guān)系（如表1所示）。通過(guò)對(duì)表1中所收集到的數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，以中心頻率10GHz分析對(duì)各單元賦相位，使用移相器相控陣其波束峰值位置的變化是隨頻率變化而變化。如果將其工作頻率修改為10GHz，波束偏移量最大偏移5.60。然而在相控陣中使用真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)，其頻率變化波束峰值的位置保持不變。

表1 使用移相器和真時(shí)延器件時(shí)陣列掃描到40°的峰值位置

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)已經(jīng)在相控陣中得到了廣泛的應(yīng)用，并以其級(jí)強(qiáng)的抗干擾能力，為其寬帶抗干擾提供了技術(shù)支持。此技術(shù)的應(yīng)用主要是在陣列邊緣通過(guò)增加接負(fù)載單元的方式，選擇替代設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)削弱波束與實(shí)際陣列波束形狀差異。采用了真實(shí)時(shí)間延器件的方法，可以有效改變傳統(tǒng)移相器使用過(guò)程中，陣列波束掃描角會(huì)隨頻率的變化而產(chǎn)生偏移。通過(guò)真實(shí)時(shí)間延遲技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上增強(qiáng)了相控陣寬帶抗干擾性。

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[2]史雙瑾，邱琪，蘇君，等．基于磁光開(kāi)關(guān)的高精度光實(shí)時(shí)延時(shí)線[J]．強(qiáng)激光與粒子束，2009，21（9）.

[3]卿翔，陳福深．采用可調(diào)諧激光器提高光纖延遲線精度的研究[J]．激光技術(shù)，2007，31（1）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）

TN958

1009-2374（2017）12-0079-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.041

米添（1984-），男，重慶人，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所工程師，研究方向：寬帶射頻微波。

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