用同一相控陣天線孔徑同時(shí)形成多個(gè)無(wú)損或接近無(wú)損的接收波束，是相控陣?yán)走_(dá)的一個(gè)重要特點(diǎn)。綜合起來(lái)，多波束相控陣天線的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

?單脈沖測(cè)角：形成和、差波束或?qū)崿F(xiàn)比幅/比相的多個(gè)接收波束

?充分利用雷達(dá)發(fā)射波束內(nèi)的能量

例如，美國(guó)AN/FPS-85空間目標(biāo)預(yù)警和跟蹤雷達(dá)，其收、發(fā)天線分置，發(fā)射波束寬度(1.4°)大于接收波束寬度(0.8°)，相控陣天線形成圖示的9個(gè)接收波束。不僅能夠充分利用發(fā)射波束主瓣照射覆蓋區(qū)內(nèi)的輻射信號(hào)能量．同時(shí)提供了幅度比較實(shí)現(xiàn)單脈沖兩維測(cè)角的條件。

?應(yīng)用于兩坐標(biāo)和三坐標(biāo)雷達(dá)，提高雷達(dá)的搜索數(shù)據(jù)率和跟蹤數(shù)據(jù)率

?應(yīng)用于原有兩坐標(biāo)雷達(dá)的接收天線，使雷達(dá)具有測(cè)高功能，成為三坐標(biāo)雷達(dá)，并可降低作為三坐標(biāo)雷達(dá)的造價(jià)

?應(yīng)用于分布式雷達(dá)與寬波束發(fā)射-高增益接收低截獲雷達(dá)．滿足寬監(jiān)視空域覆蓋的要求

?多輻射源定位和多方向信號(hào)接收

?目標(biāo)確認(rèn)和丟失目標(biāo)重照

雷達(dá)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到轉(zhuǎn)入跟蹤過(guò)程中必須對(duì)初發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，如用多個(gè)接收波束可縮短確認(rèn)時(shí)間及提高確認(rèn)結(jié)果的正確率。當(dāng)目標(biāo)在跟蹤過(guò)程中丟失后，必須在目標(biāo)丟失區(qū)域附近進(jìn)行局部搜索、重新發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。此時(shí)具有多個(gè)接收波束形成能力的相控陣天線有利于提高丟失目標(biāo)重照的效率。

1)相控陣天線接收多波束形成

相控陣天線接收多波束形成可在射頻、中頻、視頻，甚至光學(xué)波段形成。目前，多數(shù)相控陣?yán)走_(dá)接收多波束以射頻方法為主。當(dāng)要形成的接收波束數(shù)目不大時(shí)，采用在低噪聲放大器(LNA)后接移相器的方法，通常適用于強(qiáng)制饋電方式(若為空間饋電，可參照拋物面天線多波束設(shè)計(jì)方法，用多個(gè)初級(jí)饋源喇叭實(shí)現(xiàn))；當(dāng)要形成的接收波束數(shù)目很大時(shí)，如要求覆蓋較大空域(例如±60°掃描范圍)，一般多采用Blass多波束形成法、Butler矩陣多波束形成法、龍伯透鏡法等。但考慮天線副瓣、信號(hào)帶寬增大等因素。上述方法在真正成功的相控陣?yán)走_(dá)中尚未有報(bào)道，而較多的應(yīng)用于電子偵察和電子干擾等系統(tǒng)中。多波束形成亦可在中頻實(shí)現(xiàn)(如Blass多波束形成法等)，英國(guó)早期一維相掃三坐標(biāo)雷達(dá)Martello(圓堡)中即有應(yīng)用。

數(shù)字波束形成(DBF)則在視頻形成，由于波束形成在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成，各天線單元需要的相位補(bǔ)償和幅度加權(quán)也在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成。因而具有很多優(yōu)點(diǎn)，在相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用漸增。DBF技術(shù)的主要特點(diǎn)是：

?可形成多個(gè)接收波束

?具有改變天線波束形狀的靈活性，即波束形狀捷變能力

例如，為了合理解決相控陣?yán)走_(dá)在搜索和跟蹤兩種狀態(tài)對(duì)信號(hào)能量分配、數(shù)據(jù)率等的要求不同帶來(lái)的矛盾，在搜索狀態(tài)和跟蹤狀態(tài)可采用不同形狀的天線波束。DBF允許在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)改變方向圖形狀(如由筆形波束變?yōu)橛喔钇椒讲ㄊ?、波束寬度、多波束之間的相交電平和天線波束的副瓣結(jié)構(gòu)等。

?實(shí)現(xiàn)接收天線低副瓣或超低副瓣的要求

?改善天線波束指向精度

?自適應(yīng)波束形成

自適應(yīng)零點(diǎn)控制(波束凹口的數(shù)目與指向)適用于雷達(dá)抗干擾、電子偵察等?？諘r(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理(STAP)在機(jī)載雷達(dá)中的應(yīng)用是DBF技術(shù)的一個(gè)重要分支

?多信號(hào)源定向

?有利于形成共形相控陣天線

DBF技術(shù)應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)必須解決以下問(wèn)題：

?高精度信號(hào)相位/幅度采樣/檢測(cè)設(shè)備．這是實(shí)現(xiàn)相位、幅度補(bǔ)償?shù)谋匾獥l件

?多通道接收機(jī)。中頻直接采樣

?穩(wěn)定的本振信號(hào)功率分配網(wǎng)絡(luò)

?多波束形成算法及自適應(yīng)算法

目前，最經(jīng)濟(jì)的多波束形成算法是FFT，它的等效RF方案即是Butler矩陣。DBF技術(shù)廣泛應(yīng)用目前還存在一些制約因素，其設(shè)備量較大、成本較高，同時(shí)難以在瞬時(shí)寬帶信號(hào)條件下使用。因此，對(duì)大型相控陣天線目前主要采用子陣級(jí)DBF。

2)相控陣天線發(fā)射多波束形成

相控陣發(fā)射天線多波束形成采用時(shí)間分割方法，即在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)順序向不同空間方向發(fā)射脈沖,獲得多個(gè)發(fā)射波束，通過(guò)改變重復(fù)周期及發(fā)往不同方向的信號(hào)脈沖寬度，可以調(diào)節(jié)各個(gè)方向的跟蹤目標(biāo)所需的發(fā)射能量和跟蹤數(shù)據(jù)率。

改變發(fā)射波束方向的轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于波控的轉(zhuǎn)換時(shí)間。當(dāng)采用基于DDS的數(shù)字T/R組件后，這一轉(zhuǎn)換時(shí)間將大大縮短，使實(shí)現(xiàn)發(fā)射多波束更為方便。

原文標(biāo)題：相控陣?yán)走_(dá)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之：多波束相控陣?yán)走_(dá)

文章出處：【微信公眾號(hào)：電子萬(wàn)花筒】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

審核編輯：湯梓紅