對于窄帶電子掃描陣列的實現,中心頻率可用于計算整個陣面的相位變化。然而,對于寬帶,使用信號帶寬內的實際頻率是十分重要的。因為波前對于陣列的每個增量都是滯后的,所以不能使用相位校正,應該采用實際距離除以光速。
最精確的方法是對每個單元進行真實的時間延遲,如圖所示,利用平面前端到每個單元的距離計算時延。對于寬掃描角或者超寬帶波形,該方法需要較長的時延。對于較低的頻率,陣列排列稀疏,可以對每個單元使用真正的時延。然而,此方法對微波頻率不可行,因為這會大大增加時延單元的數量。
寬帶陣列掃描
因此,對于微波頻率,利用裝有移相器的子陣,將時延單元安裝在子陣的輸出端,如圖所示。子陣的大小應該使得在最大掃描角下,子陣的時延最小。其目的是為了使子陣的掃描角度不超過指定角度或主波束寬度。每個子陣接收信號都受到雷達系統相干性的限制。
線性寬帶陣列
超寬帶均勻線性子陣的指向包含兩個控制參數。一個是子陣的方向圖,此處的方向圖是指不同頻率下的指向角度。通過合理選擇子陣的尺寸,使得在整個帶寬內,子陣之間沒有足夠的時延影響波束的形成。
第二,需要評估陣列因子,對于不同的掃描角,利用數字延時器在適當的時延處提供準直信號。延時器使得波束指向擺脫了孔徑的影響。有了如今的高速數字處理,同時采用延時器和各子陣列自適應加權(對于M個獨立的波束),使得超寬帶天線能夠用于多波束結構。
接下來,利用解析表達式來解釋圖示的陣列指向方法。陣列因子表示陣列中每個單元的指向,方程右邊的部分表達的是子陣的方向圖。公式表示,在指向的過程中,實際波長與中心頻率的波長有分離。
多波束數字處理
通常情況下,只有在寬頻帶上保持恒定的相位波前,才能結合相位和時延進行指向。陣列的線性相位將使得波束偏轉。子陣處的時延將改善整個頻帶上任何波束的偏轉。因此,需要進行詳細的設計分析,確保延時器能夠補償通道在整個方位或俯仰轉向過程的任何色散。
數字波束形成的優勢在于,在每一個單元或者子陣上,能夠基于ADC的數字輸出進行多波束合成。一旦信號轉換成奈奎斯特率的數字信號,就能通過快速傅里葉(FFT)變換,將其由時域信號轉換成頻域信號。在多普勒或者k空間中,多個波束被合成并通過數字指向,從而覆蓋搜索區域的空間范圍,如圖所示。
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原文標題:寬帶陣列會遇到什么問題?
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