[发明专利]一种基于阵元馈电波形控制的波控阵超宽带雷达天线阵列

说明书

本发明公开了一种基于阵元馈电波形控制的波控阵超宽带雷达天线阵列，属于超宽带雷达技术领域。在自由空间中，波束扫描通过数字采样延迟实现波束扫描；在复杂的电磁散射环境中，则通过改变各阵元的激励波形实现波束扫描或聚焦。各阵元的激励波形由A/D采样进行获取信源波形后，在数字域内经过变换处理后由D/A进行产生。本发明波控阵雷达无需射频移相器进行波束扫描，而是通过控制阵元的激励波形及其波形采样延迟，在时域或超宽频段范围内产生聚焦波束以及实现聚焦波束扫描。本发明天线属于超宽带雷达阵列，工作频率范围可覆盖接近DC到A/D与D/A数采信号的最高频率。

技术领域

本发明属于超宽带雷达技术领域，具体涉及一种基于阵元馈电波形控制的波控阵超宽带雷达天线阵列。

技术背景

雷达不仅是各国军事上必不可少的电子装备，还广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。随着科技的日新月异，军事、科学、经济等领域对雷达的功能和作用不断提出新的要求，雷达带宽资源日趋紧张，迫切需求宽带雷达的发展与应用。

与传统雷达相比，相控阵雷达通过电扫描方式控制波束相位、幅度及功率实现天线波束指向在空间的转动或扫描，具有波束的快速扫描、天线波束形状的快速变化、空间定向与空域滤波的能力，空间功率合成和多波束形成能力等特点，是目前应用最为广泛的雷达技术。因此，近年来宽带相控阵雷达因其具有高距离分辨力，能满足对于雷达多目标远距离探测、目标高分辨率成像与目标识别的要求，受到国内外雷达研究领域的重点关注，成为现代相控阵雷达的发展方向。

基于移相器的宽带相控阵雷达在进行扫描时，由于渡越时间、孔径效应的影响，使得信号的瞬时带宽受限，收发信号不能有效的同相合成，难以实现期望的波束形成和波束指向控制。为了消除孔径效应，增加相控阵带宽，国内外研究学者进行了一系列研究。

传统宽带相控阵雷达解决方案，即在阵列天线的各个单元采用相应的实时延迟线(True Time Delay，TTD)取代传统相控阵雷达中的移相器，可以大大减轻天线孔径效应、渡越时间的影响，减小相控阵雷达瞬时信号带宽对天线波束指向的影响，同时，也可以减小天线渡越时间对瞬时信号带宽的限制，使得相控阵雷达可以实现宽带宽角扫描。但是传统的TTD通常由同轴电缆或波导构成，在扫描角为60度时，对一个口径为30米的大型相控阵天线，需要的TTD长度约为26米，对于如此长的同轴电缆或波导，宽带信号损耗大，同时，造成系统结构复杂，难以实现。文献“张光义，赵玉洁.相控阵雷达技术[M].北京：电子工业出版社，2006.p383-447”中涉及到为了降低传统宽带相控阵雷达系统的成本和复杂度，在天线子阵级上使用TTD进行延时补偿，美国AN/FPS-108相控阵雷达在96个子阵上采用实时延迟线(True Time Delay，TTD)，保证了在L波段200MHz的瞬时信号带宽。由此可见，采用TTD取代传统相控阵雷达中的移相器，结构复杂，价格昂贵、量化精度低、在宽温范围内难以做到高精度延时，难以实现超宽带波束扫描雷达功能。

针对上述模拟延时线带来的问题，国内外很多研究学者提出利用光实时延迟线(Optical True Time Delay，OTTD)、数字T/R组件替代模拟延时线实现宽带相控阵雷达，可以有效解决因模拟延时线带来的一系列问题。

文献“严济鸿.宽带相控阵雷达波束控制技术研究[D].电子科技大学,2011.”研究了L波段光控相控阵雷达技术，在国内首次设计实现了L波段基于磁光开关的OTTD，并在国内首次用外场验证证明了光控相控阵雷达宽带宽角工作是有效可行的。研究了毫米波光控相控阵雷达技术，串馈型光控相控阵雷达技术等，建立了模型，验证了方法的可行性。

文献“邓浩.基于光控相控阵雷达的光纤延迟线关键技术研究[D].电子科技大学,2013.”仿真了X波段不同频率的光控相控阵雷达，研究了光纤延迟线链路噪声、延迟精度误差对线阵相控阵天线波束合成的性能影响，仿真验证了光纤延迟线的链路噪声会造成相控阵天线波束的副瓣电平升高，若链路信噪比小于15dB，则会严重影响到雷达波束的性能。