相控陣天線

一般相控陣天線應對每一輻射單元的相位進行控制。為了節省移相器和簡化控制線路，有時幾個輻射單元共用一個移相器。共用一個移相器的單元組合稱為子陣。

為了降低成本和簡化結構，可以把天線設計成在一維範圍內（例如在水平面內）用機械方法旋轉，而在另一維範圍內（例如在垂直平面內）用相控方式來控制波束的掃描。這種混合式掃描天線已得到廣泛應用。

相控陣天線的關鍵器件是移相器和天線輻射單元。移相器分連續式移相器和數字式移相器兩種。連續式移相器的移相值可在0°～360°範圍內連續變化，數字式移相器的移相值是離散的，只能是360×(1/2)^n的整數倍，式中n是數字式移相器的位數。例如3位數字式移相器的移相值只能是45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°和360°。移相器應保證在一定的頻率範圍內獲得所需要的移相值，同時還需要滿足一定的耐功率和溫度穩定性等要求，以保證相控陣天線能在不同頻率上和在變化的環境條件下正常工作。

天線輻射單元的設計應使一定移相範圍內（或波束掃描範圍內）和一定頻率範圍內的輸入阻抗的變化儘可能小，以保證發射機正常工作，防止由於射頻信號的多次反射而出現寄生副瓣和方向圖中出現凹點（盲點）的現象。為此，可採用互耦小的單元或採取專門的去耦措施。

相控陣天線的饋電方式分傳輸線饋電和空間饋電兩種。在傳輸線饋電方式下，射頻能量通過波導、同軸線和微帶線（見微帶線和類微帶線）等微波傳輸線饋給輻射單元。移相器置於微波傳輸線路內。在空間饋電方式下，發射機產生的射頻能量通過輻射裝置輻射至自由空間，傳輸一段距離後由一個接收陣接收，接收陣的每個單元或一組單元所接收到的信號，經過移相器移相后再饋給發射陣的發射單元並輻射出去。在這種情況下，移相器位於發射陣和接收陣之間。空間饋電的饋電線路簡單，但需要增加一個接收陣。傳輸線饋電的饋電線路複雜。

相控陣天線陣列本身的設計主要是幅度、相位分佈設計和單元阻抗設計。陣列尺寸由波束寬度最窄時的寬度值和副瓣電平決定。相位分佈主要根據波束要求而定。由於單元方向圖和阻抗的限制，通常平面相控陣最大掃描範圍為±60°的圓錐，加上一個球罩透鏡后也可得到半球掃描。

若僅要求方向圖最大值在空間移動（掃描），只需要形成線性變化的相位分佈。這時方向圖的最大值方向垂直於等相位面。使用數字式移相器時，除了幾個特殊角度以外，一般得不到精確的線性相位分佈。這時在方向圖的某些方向上會出現寄生副瓣，其大小與具體的相位分佈規律有關。為了滿足特殊要求，則需要採用方向圖綜合法，事先算出所需的陣面相位分佈。例如，可以將陣面分成若干個區域，把每一區域都看成獨立的陣面來設計這個陣的方向圖，這樣就能在空間得到多個同時存在的波束，也可以利用特殊的相位分佈使方向圖變寬或形成餘割平方形方向圖。

為了簡化饋電結構，有些相控陣天線是等幅度的。為了克服等幅分佈時副瓣電平高的缺點，可採用密度加權，即有源輻射單元在陣面上的分佈是不均勻的，其分佈密度按一定的規律變化。在有源輻射單元的邊上放置不饋電的無源輻射單元，以改善輻射單元的阻抗特性。

相控陣天線輻射單元的數量多，當失效單元數在5%以下時對天線陣性能的影響不大，因而可靠性較高。

雷達中使用相控陣天線后，波束控制靈活性顯著提高，故可製成多功能雷達，使一部雷達起幾部常規雷達的作用。隨著微波集成電路技術的發展和新型移相器的出現，相控陣天線的成本正不斷下降，體積越來越小，重量也在進一步減輕。