雷达阵列天线介绍
■开课目的
“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。
■课程要求
●约有五次作业
●考核
平时成绩占20％。包括平时作业，出勤情况。
期末考试成绩占80％(一页纸开卷)
雷达阵列天线简介
1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达
是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。
接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。
发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。
移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。
为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。
AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)
目前该系统安装在导弹巡洋舰上
导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统
2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达
是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。
爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)
3、机载预警和控制系统(AW ACS)
世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS 系统研制的。它取得成功后，便有很多产品紧随其后，而且常常得到比规定的副瓣电平还要低的副瓣。AWACS雷达天线是波导窄边缝隙阵列，有4000多个缝隙单元。该系统可用于空中监视的预警机，如下图所示。它在可一起转动的圆形天线罩内做机械旋转，在垂直面上用28个铁氧体精密移相器实现相控扫描。
AWACS预警机雷达天线波导窄边缝隙阵列(西屋公司提供)
4、电子捷变雷达
西屋电气公司以前为机载应用研制了这种X波段相控阵雷达。后来此系统演化为B1－B轰炸机上的AN/APQ—164雷达，如下图所示。该图显示正在装配的这种雷达天线，它有1526个圆波导口辐射单元，组成的阵列为椭圆形孔径，每个单元都带有可逆铁氧体移相器，可以实现空间二维扫描。该系统有形成波束变化的灵活性，其口径相位的变化可以实现尖锐的笔形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。极化可从垂直极化改变为圆极化。这是通过每个单元的可开关的法
薄片来实现。天馈系统还包括故障定位和隔离系统，拉第旋转器结合铁氧体/4
还有检测、校验系统，这可通过合成信号的变化来确定合适的相位分布(校正馈
电系统的误差)，检验激励幅度，并检查极化分集的功能。
正在装配的AN/APQ—164相控阵雷达天线(西屋公司提供)
5、多功能电扫描自适应雷达(MESAR)
这是一部具有挑战性的S波段固态相控阵雷达，它由英国海军部研究中心和Plessey雷达公司共同研制。阵面为1.8m×1.8m孔径，共有918个波导型辐射单元，如下图所示。采用4位二进制移相器，功率放大器为分立器件，有22％的带宽，2W输出功率。接收时信号在模块中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16个子阵，每一子阵都有各自的接收机，这些接收机的输出用8位A/D 转换器数字化，提供强大的自适应置零能力。
MESAR固态相控阵雷达天线(Plessey公司提供)
6、AN/TPS-70多波束阵列雷达
这是一种不用移相器相控扫描的低副瓣阵列，在方位上为低副瓣波束并采用机械旋转扫描，在俯仰面上实现多个波束以覆盖空间较大的范围。天线使用36根水平波导管，每根波导管上有94个缝隙以形成主瓣宽度为1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，发射时激励22根波导管，产生20o的俯仰波束，该波束为赋形波
束，低仰角时的增益高，高仰角时的增益低；接收时来自全部36根波导的能量结合在一起产生6个同时波束以覆盖0～20o的仰角范围。6个波束的仰角宽度从最低波束的2.3o变化到6o。这6个波束均有自己的接收机，通过比较这些波束中的能量可提供仰角的单脉冲信息。
同时多波束的优点是，在强杂波环境中它能提供实现信号处理功能所需的时间。该雷达可运输。其作用距离240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。该雷达及其改型已在全世界广泛使用。
AN/TPS-70多波束阵列雷达天线(西屋公司提供)
7、AN/TPQ-37武器定位雷达
又称火力搜索雷达，为美军陆军装备，由休斯(Hughes)飞机公司研制。用来探测炮弹弹道，并反向寻找其发射点。该雷达使用有限扫描相控阵，它能在方位上提供宽扫描角，在仰角上提供有限的扫描角，有限扫描范围将大大减少移相器数目。系统只使用360个二极管移相器，每个移相器控制阵列垂直线上的6个辐射单元。其峰值功率为4KW，平均功率为165W。
该雷达为单脉冲体制，其馈电网络可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束，馈电网络由空气带状线和波导功分器组成。天线尺寸8×12×2(ft)3。在美国和其他国家和地区，以装备了数十套这种雷达。
AN/TPQ-37武器定位雷达(Hughes公司提供)
8、铺路爪(Pave Paes)雷达
该雷达由Raytheon公司研制。它用于提供弹道导弹的预警，也可实现对卫星的跟踪，它是超高频(UHF)固态相控阵雷达。一套系统包含孔径相互倾斜120o 的两部雷达，可提供240o的总观察范围，它可检测到3000英里处的10m2的目标。
铺路爪超高频固态相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)
9、丹麦眼镜蛇(Cobra Dane)雷达
是Raytheon公司研制的一部庞大的L波段相控阵雷达，它是为收集国外洲际导弹试验情报而研制和部署的，其雷达天线如下图所示。它有一些与众不同的特性，它是一种稀疏阵列，直径为95ft，共有34768个单元，其中15360个单元
是有源单元，其余是无源单元。有源单元分成96个子阵，每个子阵有160个辐射器。发射时由行波管馈电，加到天线上的总峰值功率为15.4MW，其频带宽度为200MHz，有2.5ft的距离分辨能力，以探测目标的尺寸和形状。
丹麦眼镜蛇L波段相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)
10、“朱迪”眼镜蛇雷达
是一种独特的大型相控阵雷达，由Raytheon公司为美国空军研制。用以收集国外弹道导弹实验的数据。他安装在美国舰船“膫望岛”的转台上，如下图所示。阵列直径为22.5ft，包含12288个单元，由16个行波管馈电
美国舰船“膫望岛”上的“朱迪”眼镜蛇大型可旋转相控阵雷达天线
(Raytheon公司提供)
11、空中预警机雷达
又叫机载搜索雷达。最初是为远程侦察机探测舰艇研制的，第二次世界大战后期美海军研制了几种机载预警雷达，用来探测舰艇雷达天线探测不到的低空飞行的飞机。在增大对空、对海面目标的最大探测距离方面，机载雷达的优势是显而易见的。因为海面上高度为100ft的天线，其雷达视线距离只有12英里，而
高度为10000ft的飞机，雷达视线距离为123英里。
日本神风突击队的袭击造成美国多艘哨舰的损失，激发了机载预警雷达的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界预警巡逻机。
下图为航空母舰的舰载E－2C预警机。
E－2C预警机
12、3D雷达概念
又叫三坐标雷达，这种雷达可同时测量目标的3个基本位置坐标(距离，方位和仰角)。3D雷达是一种警戒雷达，其天线在方位上机械旋转，以测量目标的距离和方位，在仰角上扫描一个或多个波束，或者通过邻接的固定仰角波束来获得目标的仰角。
按照怎样形成仰角波束和怎样在仰角上的扫描波束，3D雷达可分为堆积多波束雷达，频扫雷达、相扫雷达，机械扫描雷达和数字波束形成雷达。
13、S713Martello堆积多波束3D雷达
它是L波段可移动的包含8个波束的堆积多波束雷达，如下图所示。其平面阵列高10.6m，宽6.1m，共有60行，每行32个辐射单元，装有60个接收机用以把接收到的射频信号下变频为中频。方位波束宽度为2.8o，机械旋转，转速为3圈/秒。仰角上，发射时为余割平方方向图，覆盖范围30 o，接收时形成并处理8个堆积窄波束。发射峰值功率为3MW，平均功率8KW。这种雷达为警戒雷达。对100英里处的小型战斗机，其测高精度达1000ft(约300m)。
S713Martello堆积多波束3D雷达(Marconi公司提供)
14、AN/SPS－52C频扫3D雷达
频率扫描雷达是指天线辐射波束指向随频率改变而改变的雷达。应用于空中监视任务的3D雷达技术之一是频率扫描。频扫阵列是利用一段波导传输线的相位频率相关特性来扫描笔形波束。馈电波导在阵列的一侧折叠成蛇形状，对波导行波阵进行耦合馈电，如下图所示。改变发射或接收频率在口径上产生不同的相位变化剃度，从而使天线辐射波束指向发射偏转。实际应用的频扫阵列天线如下图所示的AN/SPS-52C雷达天线。
频扫雷达的测量精度比不上堆积多波束雷达和相扫单脉冲雷达。其原因之一是为了控制波束指向需要改变系统工作频率，从而导致目标回波幅度的波动，降低了多波束目标回波中可用的目标角度信息的质量。
具有蛇形波导馈电的波导窄变缝隙阵列及AN/SPS-52C舰载频扫3D雷达
(Hughes公司提供)
15、AN/FPS－117相扫3D雷达
方位上采用机械旋转扫描，仰角上采用相控扫描来进行目标的三坐标定位，是3D雷达测高技术中最为灵活的雷达。可以和相扫阵列一起使用的测高技术包括各种相参同时波束转换技术(单脉冲、和相位干涉等)，以及幅度比较顺序波束转换技术。相控阵雷达在当今武器市场中变得越来越普遍，这要归因于目标和环境的威胁不断地升级和变化。
AN/FPS－117固定站固态相扫3D雷达(通用电气公司提供)
AN/FPS－117是典型的S波段相扫3D雷达，如上图所示。其天线为平面阵列，共有44行带状线馈电的水平振子，每行有30个单元。44行中的每一行包含它自己的固态收发组件。该收发组件由峰值功率为1KW的固态发射机、集成电源、低噪声接收机、移相器、收发开关和逻辑控制单元组成，且全部安装在天线上。平面阵列的馈源结构在接收时可产生双轴单脉冲波束集，即一个和波束与两个差波束。一个附加的列馈为最低角波束位置提供了特殊的低仰角测高能力。馈源产生一对和波束被小心地放置在某仰角上并作为单脉冲对其进行处理，采用此技术使多路径的影响为最小。
16、其他雷达天线
波导宽壁纵缝阵
低副瓣的波导窄壁斜缝阵(机载预警雷达天线)
机载雷达天线及馈电网络
机场监视雷达天线及馈电网络形式
圆环阵列天线
多普勒角度扫描缝隙阵列
圆柱形频率扫描阵列
俯视图A方向侧视图B方向侧视图
圆锥共形阵列(单元为直缝、斜缝和横缝)
俯视图A方向侧视图B方向侧视图圆锥共形阵列(单元为“十”字缝)
弹头锥体上的“十”字缝隙阵，及单元形式
球形开关阵列
双极化C波段微带贴片天线
合成孔径雷达概述(SAR)
合成孔径雷达概述 1合成孔径雷达简介 (2) 1.1 合成孔径雷达的概念 (2) 1.2 合成孔径雷达的分类 (3) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4) 2合成孔径雷达的发展历史 (5) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (9) 2.2 我国的发展概况 (11) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (11) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (12) 2.2.2.1 电子科技大学 (12) 2.2.2.2 中科院电子所 (12) 2.2.2.3 国防科技大学 (13) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (13) 3 合成孔径雷达的应用 (13) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (14) 4.1 多参数SAR系统 (15) 4.2 聚束SAR (15) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17) 4.6 性能技术指标不断提高 (17) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19) 5 与SAR相关技术的研究动态 (20) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (22) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25) 5.5 SAR图像变化检测方法 (27) 5.6 干涉合成孔径雷达 (31) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)
雷达天线
雷达天线 雷达用来辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备。雷达在发射时须把能量集中辐射到需要照射的方向；而在接收时又尽可能只接收探测方向的回波，同时分辨出目标的方位和仰角，或二者之一。雷达测量目标位置的三个坐标（方位、仰角和距离）中，有两个坐标（方位和仰角）的测量与天线的性能直接有关。因此，天线性能对于雷达设备比对于其他电子设备(如通信设备等)更为重要。 主要参量雷达天线的主要参量有方向图、增益和有效面积。 方向图雷达天线具有一定形状的波束。由于波束是立体的，常用水平截面的波束形状(即水平方向图)和垂直截面的波束形状（即垂直方向图）描述。方向图呈花瓣状，故又称波瓣图(图1)。常规方向图只有一个主瓣和多个副瓣。副瓣电平通常低于主瓣20分贝以上，这样才可能用主瓣来分辨目标的方位和仰角。主瓣半功率点（0.707场强点）间的宽度称为波束宽度。 增益雷达天线在最大辐射方向所辐射的功率与一假想的各向均匀辐射的天线在同一方向辐射的功率之比(其条件为两天线输入的功率相同)。增益G 表示雷达天线在发射时聚束的能力。
有效面积雷达天线接收到的信号功率与来自最大辐射方向的信号的功率密度之比，即天线接收到的信号功率Pr=S×Ae。式中S为信号功率密度；Ae为天线有效面积，表示雷达天线在接收时捕获空中信号的能力。由互易定理可证明G＝4πAe/λ2，式中λ为信号波长。 对一定形式的天线，天线有效面积Ae与实际几何面积A 成正比，即Ae=ηA。式中η为利用系数，一般小于1。 雷达天线设计的主要问题是：①提高天线增益和有效面积,以加大雷达探测距离；②压低天线副瓣电平,以减小测向模糊和提高抗干扰能力；③提高波束扫描速率，以便能同时观察多个目标;④展宽天线系统工作频带,以提高反有源干扰的能力；⑤采用多种技术提高测角精度。 搜索雷达天线搜索雷达又称警戒雷达，用于及时发现远距离目标。搜索雷达天线相当大，面积一般为数十至数百平方米。探测距离达几千公里的预警雷达的天线面积可达几千或几万平方米。这种天线有窄的水平波束（一度至十几度），借以得到一定的方位分辨力；有较宽的垂直波束，以得到较大的仰角覆盖(一般为30°～40°)。搜索雷达有两种典型的天线：阵列天线和反射面天线。阵列天线第二次世界大战初期的警戒雷达多工作在几十至几百兆赫的较低频率上，多采用阵列天线。这种阵列天线由一些辐射单元（半波振子、全波振子或八木天线等）按一定间距（半波长到1～2个波长）排在一平面内，并按一定分布馈
阵列天线分析与综合
阵列天线分析与综合 前言 任何无线电设备都需要用到天线。天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。天线的性能直接影响到无线电设备的使用。现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。 在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。 对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。 在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。 在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。 随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。等等。 综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：
雷达技术概述
雷达技术的发展历程及其在现代战争下的发展趋势研究 摘要：文章简要介绍了雷达系统和技术的发展历程，分析了雷达系统与技术发展的特点，提出了现代战争下雷达技术发展展望。 关键词：雷达技术相控阵合成孔径发展历程发展趋势 引言 自从雷达诞生至今，在70 多年的发展历程中，随着科技的不断发展、需求的不断变化，出现了多种体制的新功能雷达，雷达的技术性能、体积和重量、可靠性、维修性、抗恶劣环境的生存能力等也发生了天翻地覆的变化。特别是其在现代战争中的广泛应用，使得对雷达技术的研究具有了重要的意义。 一、雷达系统与技术的发展历程 1．20 世纪30 年代及以前 19 世纪后期，物理学家麦克斯韦、法拉第和安培等人，预言并用数学公式描述了移动电流产生的电磁波的存在情况。1935 年英国和美国科学家第一次研制出能够探测空中飞机的实用米波雷达，至此宣告了雷达的诞生。1936 年美国海军研究实验室研制了T / R （收发）开关，可使雷达系统的接收和发射分系统共用一副天线，大大简化了雷达系统结构。1939 年英国科学家发明了大功率磁控管，克服了甚高频雷达波束和频带窄的缺点，使实用雷达步入了微波频段。 2．20 世纪40 年代 20 世纪40 年代美国辐射研究室把微波新技术应用于军用机载、陆基和舰载雷达取得成功，其代表产品是SCR -270 机载雷达、SCR -584 炮瞄雷达和AN / APQ-机载轰炸瞄准相控阵雷达。20 世纪40 年代主要的雷达技术有动目标显示技术、中继技术以及单脉冲跟踪技术理论的提出。动目标显示技术应用于各型对空警戒雷达，后来应用于着陆引导、岸防等型雷达，其优势是能有效抑制地海杂波，抑制大山、建筑物、风雨雪等静止和慢动目标的干扰能将机载情报传送到地面观测站，能有效加强地空之间的信息联系。 3.20 世纪50 年代 20 世纪50 年代是雷达理论发展的鼎盛时期，雷达设计从基于工程经验阶段，进人了以理论为基础，结合实践经验的高级阶段。50 年代产生的主要理论有匹配滤波器概念、统计检测理论、模糊图理论和动目标显示理论等。各种新技术的应用，出现了诸如脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达等新休制雷达。 4.20世纪60年代 20 世纪60 年代雷达系统发展的主要标志是数字处理技术革命和相控阵雷达的应运而生。为了探测洲际弹道导弹，为防空系统提供预测情报，产生了相控阵雷达体制。新一代雷达发展方向是全固态电扫相控阵多功能雷达。雷达信号和数据处理的数字化革命、半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用，使雷达技术的发展日臻完善并达到比较高的水平。
雷达通信简介
雷达通信简介 雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。电磁波同声波一样，遇到障碍物要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此，雷达用的是微波波段的无线电波。 利用雷达可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，除了军事用途外，雷达在交通运输上可以用来为飞机、船只导航，在天文学上可以用来研究星体，在气象上可以用来探测台风，雷雨，乌云。雷达的基本工作原理 雷达的基本工作原理是:雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线;天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播;电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取;天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机，可提取出包含在回波中的信息，并在显示器上表示出目标的距离、方向、速度等。 1测量距离 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻至接收到回波时刻的延迟时间，即电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接
收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为:S=CT/2。 其中:S为目标距离，T为电磁波从雷达到目标的往返传播时间，C 为光速。 2确定方向 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 3测定速度 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理。当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度。通常，具有测速能力的雷达，要比一般雷达复杂得多，例如脉冲多普勒雷达。 雷达技术发展简史 雷达技术首先在美国应用成功。美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船，1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。该种雷达不能测距。1934年美国海军开始发展脉冲雷达。英国于1935年开始研究脉冲雷达，1937年4月成功验证了CH（Chain Home）雷达站，1938年大量的CH雷达站投入运行。英国于1939年发展飞机截击雷达。1940年由英国设计的10cm波长的磁控管由美国生产。磁控管的发展是实现微波雷达的最重要的贡献。1940年11月，美国开发微波雷达，在二次世界大战末期生产出了10cm的SCR-584炮瞄雷达，使高射炮命中率
雷达天线
雷达天线 （一）天线的功能、原理和参数 1. 天线的功能 ●将发射机的输出集中在一个窄波束内，因此增加了波束内的功率密度。用增 益表示 ●匹配雷达传输线和传输媒介的阻抗 ●截获目标的回波能量。用有效孔径衡量，与增益相关 ●使发射和接收波束转到指定的方向 2、辐射能量在角度上的分布 为了确定阵列辐射能量的分布，人们沿着一条圆弧移动场强计。阵列由一行间隔很近的垂直辐射单元组成 任意一点的场强取决于接收波的相对相位相对相位又取决于到各辐射单元的路程差 零点的产生 当场强计至7号辐射单元的距离比至1号辐射单元的距离大半个波长时，从它们接收的信号相互抵消。该方向上场强为零
旁瓣的产生 当场强计到阵列两端的距离差接近1.5个波长时，只有3到10号辐射单元的信号相互抵消。达到另一个峰值
3. 天线参数 ?波束方向图：天线的发射和接收响应，它是偏离轴线的俯仰角和方位角的函数由天线的尺寸形状照射和频率决定 ? 波束宽度：主天线响应（主瓣）的角宽度，是长度、频率和照射的函数
对电器特性的大天线，波束宽度与天线长度和波长有关 为了抑制旁瓣，大的天线表面并不是均匀利用而是渐进照射，使得周边区域比中心使用效率低，因此有效尺寸比实际尺寸小 ? 有效口径：有效捕获电磁波的投影面积。天线作为接收设备截获信号的面积。随偏离天线轴线的方向变化。一个有效的孔径指标通常是指在天线最大响应的方向。由天线的投影面积和照射函数决定 ?增益：天线所指方向上能量集中程度的度量。天线增益等于在某一特定方向上单位立体角内所辐射的功率与同样总功率在所有方向上即等方向均匀辐射时单位立体角内所辐射的功率之比
5g微带阵列天线讲解
5G微带阵列天线 要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第对于工作频率即为：步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为&r， f的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W， 式中，C 波长，即为： 是光速，辐射贴片的长度一般取为飞/2 ；这里e是介质内的导波 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L应为: L—C-2 丄 2 f ?. ；e 式中， 计算，即为: ；e是有效介电常数，厶L是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式 1 E r +1 E r —1 h -5 ；e (1 12 ) 2 2 2 w .丄"412h(；e。①⑶川 °264 ) ? —0.258)(w/h+0.8) 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm采 用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：
图1单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm P寸，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm仿真结果图如图2,图3所示。 Freq [GHz] 图2 S11参数
图3增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz计算的相对带宽为2.2%,增益为5.78dB 2. 2 X 2阵列设计 设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。 图4 2 X2微带天线阵列
合成孔径雷达在军事上的应用分析
本期特约 本文2009208213收到,田锦昌系中国航天科工集团三院三部高级工程师 合成孔径雷达在军事上的应用分析 田锦昌 摘 要 合成孔径雷达(S AR )研制关键技术已取得重大突破,由于S AR 优点突出,各军事强国已在争先研制、装备S AR 。以平台划分,详细分析了机载S AR 、星载S AR 、弹载S AR 在军事上的具体应用情况。 关键词 合成孔径雷达 军事应用 分析引 言 伊拉克战争中,美国利用6颗高分辨率成像侦察卫星,对伊拉克国土进行密切监视,几乎每一个小时就有一颗成像侦察卫星光顾伊拉克的领空。在这6颗成像侦察卫星中,有3颗合成孔径雷达卫星(又称雷达成像卫星),分别是长曲棍球22(La 2cr osse 22)、长曲棍球23(Lacr osse 23)和长曲棍球24(Lacr osse 24)。这3颗S AR 卫星分时、分区域对伊 拉克重点地区进行侦察,为美英联军提供伊拉克军事活动的三维图像。 长曲棍球系列卫星是世界上最早的军用雷达成像侦察卫星,它是美国21世纪初空间雷达成像侦察的主要工具,不仅特别适于跟踪舰船的活动,监视机动式弹道导弹的动向,而且还能发现经伪装的武器装备,甚至能发现藏在地下数米深处的设施。长曲棍球卫星具有多频段、多极化工作能力,空间分辨率优于1m 。 自从1951年美国Good Year 公司的Carl W iley 提出合成孔径概念以后,S AR 技术得到了迅速发展。这主要是合成孔径雷达能克服云、雾、雨、雪和夜暗条件的限制对地面目标成像,可以全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测,能够在军事 侦察、军事测绘及诸多民用领域发挥重要作用,因 此,自20世纪末以来,S AR 技术的军事应用受到世界各国高度重视,并得到迅速发展。1 S AR 的性能 S AR 是利用雷达对地辐射的后向散射微波来 分辨不同物体的。不同的物体一般具有不同的导电系数,导致不同物体对微波的后向散射系数不同。因此,雷达接收不同物体反射的微波辐射强度不 同。S AR 将孔径合成技术、脉冲压缩技术和信号处理技术相结合,使用孔径较小的天线,在距离向和方位向获得较高的图像分辨率。 S AR 具有很高的距离向和方位向分辨率,方位向分辨率的信号处理技术是S AR 与传统雷达的根本区别之一。利用一个小孔径雷达,采用合成孔径技术,可以在空间合成一个等效的大雷达孔径,从而可以获得高方位向分辨率。S AR 在距离向采用了脉冲压缩技术,同样提高了距离向分辨率。目前,S AR 的空间分辨率可以达到1m 。 S AR 具有很好的目标分辨能力,辐射分辨力达 到2d B ,可以把集结在一块的坦克和运兵车区分 开。S AR 的动态范围很大,达到80dB ,可以区分同一地域中后向散射系数差别很大的物体,且保证成像清晰。 S AR 针对不同物体对微波的极化响应特性不同,采用多极化工作方式(HH,HV,VH,HH ),增强了S AR 的成像性能。此外,S AR 还采用多频段工作方式(L 频段,C 频段,X 频段),可以保证不同
宽带多极化平面反射阵天线研究
目录 目录 第1章绪论 (1) 1.1课题背景与研究意义 (1) 1.2微带反射阵天线研究的现状 (2) 1.2.1 多极化变换微带反射阵天线发展进程 (2) 1.2.2 菲涅尔区平面天线的发展及研究现状 (4) 1.3本文的研究内容与结构安排 (5) 第2章微带反射阵天线的原理与设计 (7) 2.1微带反射阵天线系统设计 (7) 2.2单元反射相位曲线和相位补偿方法 (9) 2.1.1 单元反射相移曲线 (10) 2.1.2 调节枝节长度 (10) 2.1.3 旋转单元角度 (11) 2.1.4 调节单元尺寸 (12) 2.3反射阵天线带宽与宽带技术 (13) 2.3.1 反射阵天线带宽影响因素 (13) 2.3.2 反射阵天线宽带技术 (16) 2.4影响口径效率的因素与分析 (22) 2.5本章小结 (23) 第3章多极化变换反射阵列天线的设计 (25) 3.1平面电磁波极化特性 (25) 3.2极化变换基本原理与优化设计 (29) 3.2.1 线–圆极化变换的基本原理 (30) 3.2.2 多极化变换优化设计 (32) 3.2.3 宽带单元设计与分析 (33) 3.3宽带多极化变换反射阵列天线设计与实现 (38) 3.3.1 馈源选择与设计 (38) 3.3.2 阵面单元相位分布设计 (41) V
华侨大学硕士学位论文 3.3.3 反射阵天线的实现 (41) 3.3.4 反射阵天线加工及测试 (45) 3.4本章小结 (48) 第4章菲涅尔区平面反射天线设计 (51) 4.1菲涅尔区平面反射天线原理 (51) 4.2菲涅尔区平面天线 (53) 4.2.1 相位修正单元设计 (53) 4.2.2 菲涅尔区平面相位修正方式 (53) 4.2.3 菲涅尔区平面设计 (54) 4.3宽带菲涅尔区平面反射天线优化设计与实现 (56) 4.3.1 相位修正单元优化 (56) 4.3.2 菲涅尔区平面优化设计 (58) 4.3.3 宽带菲涅尔区平面天线加工及测试 (60) 4.4本章小结 (65) 第5章结论与展望 (67) 5.1研究主要内容 (67) 5.2不足与展望 (68) 参考文献 (69) 致谢 (73) 个人简历、在学期间研究成果及发表的学术论文 (75) VI
雷达阵列天线介绍
■开课目的 “阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。 ■课程要求 ●约有五次作业 ●考核 平时成绩占20％。包括平时作业，出勤情况。 期末考试成绩占80％(一页纸开卷) 雷达阵列天线简介 1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达 是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。 接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。 发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。 移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。 为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。 AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供) 目前该系统安装在导弹巡洋舰上
导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统 2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达 是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。 爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供) 3、机载预警和控制系统(AW ACS) 世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS 系统研制的。它取得成功后，便有很多产品紧随其后，而且常常得到比规定的副瓣电平还要低的副瓣。AWACS雷达天线是波导窄边缝隙阵列，有4000多个缝隙单元。该系统可用于空中监视的预警机，如下图所示。它在可一起转动的圆形天线罩内做机械旋转，在垂直面上用28个铁氧体精密移相器实现相控扫描。
天线阵列综述
天线阵列 合肥学院电子系09级通信（1）班姓名：学号：0905076005 摘要：由许多相同的单个天线（如对称天线）按一定规律排列组成的天线系 统，也称天线阵。天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置. 关键字：天线阵、无线电波、辐射 正文： 一、定义 单一天线的方向性是有限的，为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列，也叫天线阵。构成天线阵的天线辐射单元称为阵元。 天线阵的主要作用有：（1）加强和改善辐射场的方向性。（2）加强辐射场的强度。二、工作原理 天线阵的工作原理可以看成是电磁波（电磁场）的叠加。对几列电磁波来讲，当它们传到同一区域时，按照叠加原理，电磁波将产生矢量叠加。叠加结果不仅与各列电磁波的振幅大小有关，而且与它们在相遇区间内相互之间的相位差有关。我们知道，电磁波的相位组成包含三部分：时间相位，空间相位，初相位。就初相位来讲，当发射天线和工作频率确定后，其初相位就是确定的，而在几列电磁波相遇的时刻，时间相位也是确定的，只有空间相位可能发生变化，因为组成天线阵列的各单元天线位置不同，各自发出的电磁波传到同一接收区域时所走的空间路径不同，这样就会造成空间相位的数值大小不相同。正是由于位于不同位置上的发射天线所发出的电磁波传到同一接收区域造成的空间相位出现差别，必然引起几列电磁波在相遇区域形成同相位叠加，总场强增强，反相位叠加，总场强削弱。若总场强的增强和削弱区域在空间保持相对固定，就相当于用天线阵改变了单个天线的辐射场结构，这就是天线阵改变辐射场大小和方向性的原理。 三、天线阵列的分类 天线阵列也可以按照天线元的连接方式分类。相控阵的所有元都连接到馈线，对于单
合成孔径雷达发展历程表
合成孔径雷达发展历程表 1951年6月美国古德依尔宇航公司的威利首先提出最初的频率分析的方法改善雷达的角分辨力，他将其称为多谱勒波束锐化。与此同时，伊里诺斯大学控制系统实验室的一个研究小组采用相干机载侧视面雷达数据，研究运动目标检测技术。 1952年，C. W. Shervin第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵列概念，另外他还提出了运动补偿概念。正是这些新思想最终导致了X－波段相干雷达的研制。 1953年获得第一幅SAR图像。 1957年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的SAR系统获得第一张全聚焦的SAR图像。 1958年，美国密执安大学(University of Michigan)的雷达和光学实验室在L. J. Cutrona的领导下，用他们研制的雷达进行飞行试验，用光学相关器件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。 在1967年Greenberg首先提出在卫星上安装SAR的设想。由于卫星飞行高度高测绘带宽，可以大面积成像等优点，科学家开始着手进行航天飞机、卫星等作为载体的空载SAR的研究，并取得了巨大进展。 直到60年代末、70年代初，美国宇航局NASA主持了一些民用SAR系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所(Environmental Research Institute of Michigan, ERIM)和喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)。 20世纪70年代美国密歇根环境研究所（ERMI）和国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）研制出1.25GHz和9GHz多极化合成孔径雷达。 1972年JPL进行了L波段星载SAR的机载校飞。 1975年，NASA将SAR作为Seasat任务的一部分。由于SAR在Seasat任务中的突出表现，使得星载SAR得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。 1978年5月美国宇航局(NASA)成功地发射了全球第一颗装载了空间合成孔径雷达的人造地球卫星(Seasat-a) ，对地球表面1亿平方公里的面积进行了测绘。Seasat卫星的高度约800公里，工作波段为L波段，测绘带宽为100公里。Seasat 卫星具有很大的全球覆盖率，转发了不同地形特征的SAR数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引起了科学家们的极大重视。标志着星载SAR己成功进入了太空时代。 1981年11月12日美国“哥伦比亚”号航天飞机搭载SIR-A顺利升空。雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道，显示了SAR具有穿透地表的能力，引起国际科技界的震动。 1984年10月5日美国进行了“挑战者”号航天飞机搭载SIR-B的实验。 SIR-A和SIR-B都源于SEASAT-A，都工作于L波段。其中SIR-A于1981年11月发射，轨道高度为252公里，分辨率为37米，而SIR-B于1984年7月发射，轨道高度为250-326公里，倾角为570，测绘带宽为50公里，分辨率为
合成孔径雷达概述
合成孔径雷达概述 蔡 Beautyhappy521@https://www.360docs.net/doc/b88087754.html, 二OO八年三月二十三
1合成孔径雷达简介 (3) 1.1 合成孔径雷达的概念 (3) 1.2 合成孔径雷达的分类 (4) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (5) 2合成孔径雷达的发展历史 (6) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (6) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (7) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (10) 2.2 我国的发展概况 (12) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (12) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (13) 2.2.2.1 电子科技大学 (13) 2.2.2.2 中科院电子所 (13) 2.2.2.3 国防科技大学 (14) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (14) 3 合成孔径雷达的应用 (14) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (15) 4.1 多参数SAR系统 (16) 4.2 聚束SAR (16) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (17) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (17) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (18) 4.6 性能技术指标不断提高 (18) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (19) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (19) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (19) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (20) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (20) 5 与SAR相关技术的研究动态 (21) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (21) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (21) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (23) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (26) 5.5 SAR图像变化检测方法 (28) 5.6 干涉合成孔径雷达 (32) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (34) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (36) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (38) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (39) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (39)
合成孔径雷达文献综述
合成孔径雷达文献综述 一、前言 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR) )是一种高分辨力成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。由于其具有克服云、雾、雨、雪的限制对地面目标成像，可以全天时、全天候、高分辨力、大幅面对地观测的特点，引起了各国的高度重视。近年来，随着合成孔径雷达关键技术的不断发展，SAR 成像分辨力不断提高、信号处理能力不断增强、数据传输速率不断增加、设备体积不断减小、质量不断降低，SAR 在军事侦察，打击效果评估和国民经济等领域上尽显优势。 本文主要介绍合成孔径雷达的基本原理、发展历程、技术热点和发展趋势，并对合成孔径雷达在民用及军事方面的应用进行简述。 二、概述 1、基本原理 普通雷达的方位分辨力取决于天线的方位波束宽度，但由于方位波束宽度与天线口径成反比，与雷达工作频率成正比，而天线的尺寸和工作频按距离率均受实际工程实现的限制，因此常规雷达的方位分辨力较低，特别是远距离处的横向距离分辨力更低，远不能满足实际需要。合成孔径雷达就是为提高方位分辨力而产生的一种新的技术，即通过雷达平台的移动，把一段时间内收到的信号进行相干合成，从而获得高的方位分辨力。 1）实孔径成像 雷达在实孔径成像时，是利用实际天线口径产生的窄波束来直接得到方位分辨力的。 假设天线长为x L 的天线，接受来自满足远场条 件且偏离视轴α的点源的回波信号，如图1所示。 其中，3dB α?为单程半功率波束宽度，λ为雷达工 作波长。则在距离R 处的方位向距离（横向距离） 分辨力为 30.88/a dB x R R L ραλ≈?≈ 由上式可以看出此时方位向距离分辨力与实际孔径天线的长度成反比，与雷达工作波长、雷达斜距成正比，因此要获得高的分辨力，必须利用大口径天线和高的工作频率。但实际工程中，实孔径成像时的方位分辨力即横向距离分辨力是非常差的，需寻找改善方位分辨力的方法。 2）非聚焦合成孔径成像 利用雷达平台产生的虚拟天线则可解决实孔径天 线长度有限的问题。即将一段时间内雷达接收到的信号 按实孔径天线那样进行合成，产生大的合成孔径天线， 以改善雷达的方位分辨力。 假设雷达按直线飞行，速度为V ，累计时间为T ， 对应的合成孔径长度L=VT 。雷达在运动中不断发射并 接收来自纵向距离为R ，横向距离维0x 的点目标回波， 如图2所示。 经过数学分析可确定最大的合成孔径长度为