什么是相控阵

柏林墙

什么是相控阵？

相控阵，顾名思义，就是以相位控制波束的天线阵列。

相位为什么能控制天线波束？
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首先得搞明白什么是波束。波束跟光束类似，是指雷达辐射出去的电磁波，在不同方向上有不同能量大小，就像手电筒照出去的光，符合你要求的那个强度范围内的都可以应用（照亮，找钥匙，找飞机同理）。

波束完全由天线形成，会有一个方向图来表示天线的波束分布。我们一般用半功率角表示我们需要的强度，就是能量密度下降到只有中心一半的那个角度，这里面叫波瓣。最大的那个叫主瓣，旁边的叫旁瓣。不要小看旁瓣，很多连续波雷达为导弹提供制导就采用旁瓣进入，比如大名鼎鼎的AIM-54和雄猫组合。

最常见的定向天线就是你们说的大锅，锅中间指的方向就是主瓣方向，这种大锅叫抛物面天线，分前馈和后馈，后馈有一种就是我们喜闻乐见的卡塞格伦天线，倒置的卡塞格伦在Su27上一直用到今天，帅不帅。
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通常摆动天线就可以改变波束指向，但这需要摆动天线，物理的摆动需要时间和精度。时间，很宝贵，搞不好就小命不保。而精度，很昂贵，精密步进的东西都贵的没道理，摆动机构也是。
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所有机械搞不好或者不好搞的，都交给电来解决，碳基生物弱爆了，铁基更是，只有硅基万岁，在这里可能是砷化镓一类的更万岁一点。
我们回到相位上面。
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( r/ }* o, Y4 u( M+ x$ ?2 _相位指的是电磁波的某个参数，可以想象为某个特性，就像物以类聚人以群分加上人多力量大一样，同相位的波凑在一起会叠加，变强，但差一半相位的会抵消，颓废，甚至消失。这全凭大家从波源（源头）跑出来的距离，差整数个波长的相位一样，会增强，差半的或者差一点的都不行。

那么即使波源不动，改变他发出的初始相位，再跟别的波叠加，就可以在某些方向上增强波的能量，就好像出门时候都喝了点，凑在一起的一群人决定直奔网吧开黑，人流滚滚而去；在另一些地方抵消，就好像两个宅男凑一起都呆头呆脑没情绪，最后都回家宅着了一样。这就形成有指向的波束，基本就是相控阵的原理。
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那你要搞好多波源出来，怎么搞是大问题。

一种方法是弄一个波源，用波导（空心大铁管子）捅到扁平的大铁盒子里，然后精确地在盒子一面开槽，每个槽视为一个小波源，那么你只要控制这些槽子就能控制波束，这叫无源相控阵天线，这个跟平板缝隙天线原理差别在于能不能控制槽子（缝隙）的初始相位，不能就得老老实实晃整个天线，点头摇头来改变波束指向，能的话你就是先进的相控阵，可以吹一波。
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顺带说一句，这些小缝隙很难开出来，要分布很精确，尺寸很精确，不是高技术但是高工艺，我们到上世纪末都搞不定，所以你们说的PD雷达一直很难，很难，搞定他以后无源相控阵反而很简单。
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当然还有另一种方法，不开槽子了，要波源是不是，直接弄很多个波源上去，叫做T/R组件（收发组件），这些通电就能用，动一动电就能变的小馈源完爆铁基的破盒子，就是很贵，当然生产多了也不那么贵了，特别是5G的基站据说要大量用这种相控天线的时候。真的，硅基有时候就是很万岁的。
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这些组件是全固态的，用了砷化镓一类材料的比较厉害，用了碳化硅一类的就比较一般，但实际就跟家里CPU似的，里面全是PN结，其实挺难坏的。但是硅基一直很热，电脑超频时候都很热好不好，这么多硅基凑一起更热，搞得很容易烧掉，要制冷，要开空调。开水冷空调的目前是主流，有用专门冷却液的，跟汽车似的，也有用燃油的，F-35用燃油，搞得不敢把油烧完就得落地，不然雷达烧了王师要大大的花钱。当然我们给枭龙弄了个风冷的，开风扇，这个我一直觉得比较扯，你家夏天能靠风扇熬过去吗？除非你真缺那俩钱，跟巴基斯坦似的。

. F9 b4 k5 q1 t1 ~* O/ h- F3 {3 a当然还有一些超纲的内容。某个叫慧更斯的人指出，空间里有电磁波的地方都可以视为波源，大家先进带动后进，一起震动，一起发展下线，于是简单的波源辐射变成了大合唱，衍生出波前、菲涅尔区一系列必须微积分求解的混乱复杂的东西，这些看起来一点用没有，但是对计算某个点的场强矢量、进而求解反射波的一堆参数，进而搞定波束触地、最小余隙一类的东西大大有用，这些交给专业人员，我也说不明白。

testjhy

理解它有点象翻柏林墙，

radioradio

射电天文里面也有类似的技术，比如目前热火朝天的平方公里阵列，就是拿一堆小天线来做波束合成，最后等效成一个接收面积1平方公里的超大射电望远镜，还同时有几千个波束进行观测。不过射电天文现在是在后面用计算的方法进行数字波束合成。

雨楼

所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。

北京阿新

现在最先进的功率元件的方向是氮化硅？

四处张望

雨楼 发表于 2019-12-11 23:11
所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。 ...

那个的难度是怎么便宜能交货

无言

@雷达

勤劳工作的猪

以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达，当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂

mezhan

勤劳工作的猪 发表于 2019-12-12 08:07
- y! r8 M* d6 v7 U7 O$ I( x( K& |以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达，当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂 ...

卡宾达的灯塔
马里亚纳玄燕鸥

常挨揍

mezhan 发表于 2019-12-14 11:53
' W$ D% p( C: A8 }8 |卡宾达的灯塔
8 Z1 T6 }. Y4 |4 M马里亚纳玄燕鸥

! N  l. N; q& J5 K+ G8 w4 y第一篇是美索不达米亚之眼。
; v$ U% |) D' P4 O- ^马里亚纳玄燕鸥是新出的俺还没看