[转,评] 关于052C舰载相控阵雷达背后的故事

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 10:03
问了一个学这个的朋友，给我的解释如下：
“相控阵雷达可以有一种频扫的天线，是相控阵雷达降低成本的一 ...

还是引张光义的书对你朋友的话做个注脚 （我前面在相控阵天线和相控阵雷达的概念上也有点混了）:






首先，频扫天线是个相控阵天线 (phased array antenna)。但想成为相控阵雷达，在有了相控阵天线后，需要用波束控制器来控制移相后的天线产生所需要的波束扫描。没有这个，光有相控天线，那只会产生某个方向增强的波束，而没有可控制的波束扫描（我前面讨论的时候把这部分给忽略掉了，天线和雷达之间的区别就显得有点含混了），所以也就不叫相控阵雷达。这就是你朋友说的：“只有频扫天线的雷达不一定是相控阵雷达”。

而052B引进的顶板雷达，看指标，高度上是可以电子扫描的，虽然是一维的。这应该是波束控制器的作用。所以我认为这种雷达应该算相控阵雷达。但这种相控阵雷达比较原始和简单，也许受限于经费，舰体等等因素，用了机械扫描系统来进行360度的水平面扫描。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 10:16
回到顶板上来。看这张图。

你应该在全电扫天线下面划线的。这个是波束控制器的标志。

PS: 而且根据你的这个指标，那是彻底连机械伺服系统都没了，更是妥妥的相控阵雷达了，不带一点混血的。

PPS: 再看了看指标，还是有机械伺服系统的。

冰蚁

雷达 发表于 2016-3-9 10:37
为什么我这里看不到 “评分” 项？

你这个比较奇怪，应该在“使用道具”和“举报”之间有个“评分”可以点击。更奇怪的是，你怎么多了个管理。替你呼唤一下阿达民   @不爱吱声

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 11:22
从你贴的文字上看，波束控制器算出的代码是每个天线上的移相器所需要的。那么问题来了，顶班雷达有没有移 ...

我92楼的回答错了，应该是有的。这个移相器就是慢波线。可以参考张先生的书。




前面讲了频扫是串联馈电线阵。从这种线阵的原理图（图2-5）中可以看出移相器是以串联形式连接的。实际频扫天线就用慢波线来实现这个移相。图2-7中，l 是邻近两天线单元间的慢波线长度，d 是天线单元间距离。那么我们可以得到公式 2-38。一个做好的雷达系统，l, d, lamda_g，M 这些都是定的 （lamda_g 是波导导内波长；M是正整数，天线单元数目）。那么 theta 就只和激励频率有管。这也是前面88楼引的英文里说的，The beam steering is a function of the transmitted frequency.

频扫相控阵雷达里，波束控制器计算出需要的频率，发代码给频率发生器之类的东西，产生需要的频率激励，进入串联馈电系统，从而实现波束控制。基本就这个思路吧。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 11:45
电扫分为频扫和相扫，顶板用的是频扫。

频扫是频率扫描，在天线上有一列馈源，到达每个馈源的馈线长度不 ...

顶板那个水平方向如果有机械转动的话也不叫机械扫描。依然是个“全电扫”。是个全电扫+机械转动的方案。机械扫描是雷达的波束波瓣等都定了，然后通过机械旋转，把波束带到某个位置。全电扫+机械转动的方案是通过机械转动把天线带到需要位置，在这个位置上，控制波束进行电扫。本质还是个电扫。不过这样做成本比四面阵低，舰上安装可能也方便点。


ps, 假如顶板是个相扫天线+机械转动的方案，你是不是就没那么迷惑了，就觉得肯定是相控阵雷达了呢？其实从雷达设计的角度看，本质上都是一样的啊。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 12:58
你贴的这个是频扫相控阵雷达。但不是顶板雷达，以我所知，顶板雷达没有移相器。话说回来，有了移相器，谁 ...

得，白说了。即使你只有俯仰角度电扫，没有慢波线做移相器，怎么控制波束进行电扫啊。电扫的定义是电子器件控制波束进行扫描唉。木得移相器，我是不知道电子器件怎么去控制波束了。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 12:58
你贴的这个是频扫相控阵雷达。但不是顶板雷达，以我所知，顶板雷达没有移相器。话说回来，有了移相器，谁 ...

或者这么说吧，雷达的波束扫描只有两类。一种是电扫，一种是机扫。机扫需要机械伺服装置。电扫需要移相器。而你自己贴的指标里，清楚表明“扫描方式：电扫” （参考文献上面一点的位置）。你如果还不理解，那我也没办法了。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 13:22
再贴一遍
频扫是频率扫描，在天线上有一列馈源，到达每个馈源的馈线长度不同，这样多个馈源发出的波束就 ...

晕死了。这种延时装置就叫做“移相器”。因为其作用就是“移相”！！！！

能移相的装置叫 “移相器”。最基本的定义了。频扫的移相比较简单，直接可见。这是频扫相控阵最大的优势。设备简单。你不能说因为简单就变成没有了啊。


图，公式看来都白贴了。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 14:06
移相器（Phaser）能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，这是 ...

这不就结了。馈线兼做移相器么。当你设计一个波束，改变馈线长度，天线单元间距，数目，和馈线的导内波长，对于同一个频率就会有不同的相位，产生不同的波束形状。这就是频扫天线的波束设计。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 13:59
这可是你自己说的
“频扫天线是个相控阵天线 (phased array antenna)。但想成为相控阵雷达，在有了相控阵 ...

没有矛盾。一个频率进了频扫天线，产生了一个波束。这个波束的形状，主瓣旁瓣都是通过馈线（兼移相器），天线单元，间距等设计出来的。如果没有波束控制器改变频率，那个波束就始终那样了。这时候要扫描，只能机扫。有了波束控制器，控制进入频扫天线的频率，从而改变波束指向，实现电扫。如果没有移相器，波束设计出来了，但对不同频率的时候波束指向没法调（想想那个公式），还电扫什么。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 14:43
怎么会没有矛盾，按你的后来的说法，哪里有什么“只有频扫天线不一定是相控阵雷达”。 ...

如果是波束固定的话，就不是相控阵雷达了。你想想那个角度公式，比如 M = l/lamda_g 的时候。频扫相控阵天线虽然通过移相产生了波束，但是波束指向角度雷达没法控制了。波束控制器等于没有。这么搞就相当于退化成 range-based radar。一般也没人这么搞。你朋友这句话是对的。但实际应用上我觉得见不到吧。你要么请他/她介绍点例子。我也学习学习。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 14:53
如果天线作移相器的话， 要波束控制器干吗。

另外书上讲“波束控制器算出的代码是每个天线上的移相器所 ...

频扫天线里“波束控制器算出的代码是每个天线上的移相器所需要的”，我认为是频率组合（也许还有天线单元的开关码，这个要问搞具体产品的人）。移相器位数可以是公式里的 M，调谐衰减器可以由 l, d, lamda_g 共同决定。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 15:22
她举的例子就是顶板。

这样吧，讨论这么久，先总结一下，看能不能有点共识。

1. 频扫天线是一种相控阵天线。
2. 频扫天线是可以应用于相控阵雷达中的。所以用频扫，相扫来区分是否是相控阵雷达是不对的。不是只有二维相移相控阵雷达才叫相控阵雷达。
3. 频扫天线也是有移相器的。在你引的朋友的话中也清楚表明了，“最终还是要通过频扫来实现馈相和移相”。这个移相产生的相角，参见张先生的书中公式。馈线在移相器中扮演重要角色。所以认为频扫天线是没有移相器也是不对。
4. 从雷达设计角度说，相控阵雷达和其它的雷达区别的关键点是波束控制器。

基于以上几点，我对你朋友举顶板的例子有几点想法：
1） 可能她认为顶板雷达里没有波束控制器，所以不是相控阵雷达。这个我存疑。军事应用上有点不可想象。当频点受干扰，要换频点，又要保持波束，我觉得没有波束控制器不可能。
2） 可能她认为顶板雷达不是纯粹的相控阵雷达，因为水平有机扫。如果一维相控阵雷达+水平机扫雷达这种搭配被称为三坐标雷达。这就又回到前面是用产品定义，还是雷达设计技术原则上的定义问题。从雷达设计技术角度，这种混合型的雷达归入相控阵雷达并无不妥。毕竟这种雷达的设计难点在相控阵雷达部分。
3） 顶板天线的指标很让人迷惑。你贴的指标里是号称“全电扫”，没有一个字提到机扫工作方式，只有天线旋转字样。这倒是符合“全电扫”的意思。全电扫+天线旋转是一种和俯仰电扫，水平机扫完全不同的工作方式。而你一直声称顶板是后一种工作方式。到底是哪样？ 全电扫+天线旋转 更应该是相控阵雷达类了。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 20:50
1。同意
2。前半部分同意，后半部分不知道。不知道他们雷达行业是不是有特殊的规定。
3。你定义的这个就 ...

OK。有部分共识也是好的。

“她认为顶板是三座标雷达，它没有移相机构来实现馈相和移相，因此不是相控阵雷达。”

我绝对不同意。即使只有俯仰角度的电扫，没有移相是不可能实现的。否则微波的传播公式这关就过不去，推一推公式就知道了。频扫的移相不通过额外的移相器件，而是利用本身的结构来做移相机构，从而精简设备，节约成本。

anyway，这上面达不成共识的话，就先这样吧。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-9 21:28
上传几张图，是张光义《相控阵雷达原理》里的。她说“扣张老的书的字眼是没有意义的，相控阵雷达原理全书 ...

你这个就是把我没贴全的推导公式给贴出来了嘛。你这位朋友的话呢，有点莫名其妙。

1. 刚开始说频扫天线是为了明确频扫天线是相控阵天线这个概念，是为了说明   “频扫，相扫的工作方式是不足以区分一部雷达是否是相控阵雷达” 这个问题的。是直接回应西西河那个帖子的。这个不搞清楚，下面没得玩了。这咋叫抠字眼和本末倒置呢？

2. 张先生这本书是介绍相控阵雷达系统的原理和设计的。做为今天相控阵雷达中的主流，二维平面相移相控阵雷达，当然是这本书的主要内容。我也从没说过不是。而在他讲二维平面相控阵雷达的时候，就要先从一维的线形相控阵天线讲起。因为一维天线的模型情况简单，又有实际应用，也很容易推到二维平面情况。这是所有教科书的基本模式吧。而在相控阵天线之后的那些其它模块部分，如信号处理，波束控制等等，一维相控阵雷达和二维的相控阵雷达并无区别。自然不需要花时间单独说什么。一维的时候可以有相扫，也可以有频扫。也有串联并联各种馈电，馈相的方式。

3. 馈电，馈相这样的名词，看着唬人，其实很简单的。馈，本意就是把吃的东西送人。所以呢，馈电，就是把电送人，送的这个人是谁？天线单元。馈相也是一样，就是把天线单元需要的相位送过去。你朋友的意思呢，我反复琢磨了半天，还是觉得逻辑上很奇怪。你朋友的话着眼于： 如果没有涉及到馈相和移相，这还算是相控阵雷达吗？这显然不是，我同意。使用了不能对相位控制的频扫天线的雷达，就如我前面说的，退化成 range-based 雷达。这样的雷达也没法控制波束进行电扫。所以她的结论： 相控阵雷达可以有频扫天线，但只有频扫天线的雷达不一定是相控阵雷达，我并无意见。

但是，你说她又用了顶板的例子来说这不是相控阵雷达，这就非常让人困惑了。顶板的频扫天线里是使用了慢波线的。这就提供了串联馈相，对信号进行了移相操作。为了精确追踪目标，肯定有波束控制器分出波束，并提供波束指向某角度的频率。你贴的书里还举了十四所研发的三坐标雷达的例子。考虑到水平方向的机扫工作方式，所谓的三坐标雷达依旧是一部俯仰方向相控阵雷达+一部水平方向机扫雷达的混合型雷达。而在实际设计里，相控阵的设计肯定是重中之重。毕竟这种三坐标雷达能跟踪的目标，精度很大程度着落在这部相控阵雷达上。如果你朋友着眼于混合型雷达不叫相控阵雷达，那也可以理解。但字里行间似乎又透露出顶板雷达是没有馈相，移相能力的意思，非常让人困惑。


PS，另外，我始终没搞明白052B上这个顶板雷达的工作方式到底是什么。你贴的指标里是全电扫方式，我的理解是俯仰+水平都是电扫叫全电扫。频扫天线是完全可以做到全电扫。天线上的裂缝开口调整就好。那么这部全电扫+机器旋转的雷达只能是相控阵雷达了，连混血都没有。

冰蚁

kkilo 发表于 2016-3-17 22:01
有意思。

据说十四所说有这个人，但是这个人并不是文中说得这么牛，感觉总工唾手可得一样。这人当年研究生毕业，然后调入地面雷达部工作了一段时间。任务属于做做计算，打杂，跑腿。文中说的是他在地面雷达部不长的这段时间里做的事情。