【導(dǎo)讀】相控陣?yán)走_(dá)采用電子掃描的方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束的無(wú)慣性掃描，因此相控陣也叫電子掃描陣列(ESA)。對(duì)于相控陣天線輻射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常用歸一化的天線方向圖來(lái)描述，它反映波束形狀、天線增益、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，線性陣的波束方向圖函數(shù)為sinc函數(shù)。通過(guò)公式詳細(xì)分析影響相控陣?yán)走_(dá)波束寬度的因素，這里是一維均勻線陣波束寬度的計(jì)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(biāo)下線陣的波束掃描動(dòng)圖，其中外圈標(biāo)注的是度數(shù)-90~90°，0°表示垂直于線陣的方向。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(shè)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(quán)，旁瓣較高。
4. 陣元間距為半波長(zhǎng)，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(shù)，如果陣元間距取值不合適，相控陣天線掃描時(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(guī)律的輻射波束，常被稱(chēng)為柵瓣。一個(gè)好的ESA設(shè)計(jì)必須考慮柵瓣的影響，這里直接給出結(jié)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(zhǎng)就不會(huì)出現(xiàn)柵瓣了。所以，在可以的范圍內(nèi)適當(dāng)增大天線陣元間距以減少數(shù)量來(lái)達(dá)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(zhǎng)要選擇工作帶寬中最短的波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算，這是因?yàn)殚g距如果保證了最短波長(zhǎng)的情況都不出現(xiàn)柵瓣了，那它肯定也就滿足了波長(zhǎng)更長(zhǎng)的情況。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，“陣元間距取半波長(zhǎng)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(jié)合你的最大掃描角進(jìn)行權(quán)衡了；如果你想看看出現(xiàn)刪瓣的情況，下面的兩個(gè)動(dòng)圖僅設(shè)置的陣元間距不同，其他參數(shù)同上面動(dòng)圖。
d=2λ
來(lái)源：雷達(dá)通信電子戰(zhàn)
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