新闻资讯 News
产品中心 / Products
联系方式

销售热线:0755-2729 6565

公司总机:0755-2775 9293 

图文传真:0755-2788 8009

中国 · 深圳 · 总部

联系地址:深圳市宝安区航城大道西乡光电研发大厦二楼

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

日期: 2018-10-17
浏览次数: 131

共形阵天线是和物体外形保持一致的天线阵,将天线阵面与载体外形“共形”,增强了适应性,相对于平面阵天线有很大的优势。在现代无线通信系统中,共形阵天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形,且并不破坏载体的外形结构及空气动力学等特性,成为天线领域的一个研究热点,是新世纪相控阵雷达发展的一个重要方向。其中,柔性共形阵天线(后面重点介绍)是更先进的一种共形阵天线技术,不仅可以和任意曲面共形,能够随着外形变化进行动态调整适应而且对于飞行器因气动、冷热等引起的振动和外形变化具有更好的适应性。目前中国、美国、日本都在进行相关研究,中国已经研制成功采用圆柱阵的相控阵雷达和直升机共形天线。


共形阵天线技术发展历史

共形阵的研究实际上很早就开始了,上世纪30年代雷达刚刚出现的时候,科学家就开始对圆环阵、圆锥阵等特别形状天线进行研究,它们被视为共形阵的基础和突破口。上世纪80年代以后,随着信息革命的爆发,微电子技术迅速发展,一系列新器件、工艺的出现,为共形阵的运用打下了坚实的基础,目前共形阵已经开始部分实用,共形相控阵天线已经运用到各种雷达,如地面、舰载、机载探测雷达,电子 战系统、通信系统等,运用领域也越来越广泛。

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

 

共形阵天线技术特点

传统的相控阵雷达天线一般采用线阵或者平面阵,它的优点就是结构比较简单,技术处理比较容易,各方面理论比较成熟,因此费用、成本等较低,是目前相控阵雷达广泛使用的天线形式。不过平面相控阵天线也有自己一些先天的不足之处,限制它进一步的发展。


决定雷达探测距离两个参数:孔径和功率。想提高雷达的探测距离,就必须提高雷达的孔径,但是飞机上空间有限,难以找到较大的空间给平面阵,这样共形阵就出现了,共形阵最大的特点就是能够和载体表面共形,这样的话,就可以有效的扩展雷达天线的孔径,相应的也就提高雷达的探测距离,另外还可以实现对以前无法探测的区域,如作战飞机的后部,进行探测,扩展探测范围是共形阵另外一个优点,它可以将平面相控阵正负60长的扫描限制,扩展到半球乃至3/4球区域,并且在扫描过程中保证天线和雷达的性能不至有较大的下降。另外由于作战飞机的机体内不需要安装雷达,那么机内的空间可以用来安装其他设备、燃料,从而增加飞机的载荷,让机体内有限的空间得到充分的利用,另外共形天线也有助于提高设备的结构强度,减少体积和重量。

相比于平面阵天线,共形阵天线的分析与综合更为复杂。一般地,对共形阵天线的综合并不仅仅是对其方向图的综合,而且在设计的初始阶段就要考虑共形阵列天线的形状、阵列单元的形式以及其分布等问题。另外,在设计中还要考虑共形载体以及单元间互耦效应对阵列以及阵列单元的谐振频率、带宽和极化等性能的影响。因此,共形阵列天线的设计是一个复杂的系统问题,对该问题很难有一个严格而精确的解决方法,通常采用数值分析方法进行研究。目前,常用的数值分析方法主要有基于积分方程的矩量法(MOM)及其快速算法,基于微分方程的时域有限差分法(FDTD)和有限元法(FEM)等。然而,对共形阵天线矩量法的分析,通常是采用与载体平台共形的坐标系中的格林函数,这种方法的确很有用,但是对于复杂的平台分析的难度很大。

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

 

我国对共形天线的研究

我国从上世纪7、80年代开始共形阵的研究,90年代着手共形阵天线阵元的研究,完成了样机的研制,进入新世纪开始进行共形相控阵天线的研制,在2012年珠海航展上首次公开展出CS/RB1雷达,从相关图片来看,它采用了圆柱共形相控阵设计,具备360度探测能力,工作在L波段,适合要低防空、快速投送以及反火力作战,可用于探测敌方迫击炮弹并定位其发射阵地,作为拦截和反击火力武器系统的警戒与跟踪雷达,也可用于校正己方迫击炮的射击;可人工携带,可适应各种运输机、直升机空投的要求,机动性强,操作、部署简便,适合快速投送;在要地防空系统中担负各类低空目标的探测任务。CS/RB1雷达的出现标志着我国的共形相控阵雷达技术已经从实验室走向部队和国际市场。

 

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势


我国研制的CS/RB1圆柱阵相控阵雷达

国内首款直升机共形天线研制成功

近日,中国航空工业集团有限公司自主研制的首款直升机共形天线通过电性能摸底试验,结果表明共形天线电性能测试结果符合预期,标志着国内首款直升机共性天线研制成功,将在国内直升机型号中实现装机应用。


欧美国家对共形天线的研究

欧美等发达国家很早就认识到共形阵天线的优势,但已有的共形阵天线应用还仅是将共形阵阵面设计成既定形状,如圆筒形或半球形,被动地适应载体外形,多应用于地面和舰载的雷达天线。而在飞行器上,由于使用环境复杂,共形阵的应用面临的技术难题更多。


1960年美国海军航空司令部开始着手研究用于飞机和导弹蒙皮上的共形相控阵天线,1973年美国研制了球形相控阵天线和圆环相控阵天线。

美海军圆柱形共形阵可实现360°探测

根据相关资料:美国海军协同交战系统使用的舰载通信终端就采用了圆柱形共形相控阵天线,它由 96条列馈组成,每条列馈上有10个阵元由微带天线分配网络相联,前苏联曾经研制成功有用圆柱形共形相控阵天线的空中交通控制雷达,它的最大探测距离可以 达到400公里,可以实现360度探测,最多可以掌握100批目标,美国也完成了采用光控的宽形共形相控阵天线的研制。

2004年美国空军和雷神公司开始 了X波段薄型相控阵雷达的研究,而它采用的就是共形天线,欧洲的EADS也在研制一种为无人机用的两维曲面电子扫描天线进行测试。这种天线阵列不需要机械装置,曲面天线阵列放置在机身表面,而是成为机体结构的一部分。它不仅要收发电磁波,还要能够经受风雨以及外物的冲击。减少了体积和重量,提高了系统的可靠性。

美国空军还曾支持多个共形阵天线项目,例如,在“结构一体化X波段阵列”(SIXA)项目中,波音707飞机机翼上曾安装过一个64单元的共形阵阵天线,长约6m;在“传感器飞机共形低波段天线结构”(S-CLAS)项目中,在飞机机翼的前缘安装了有源相控阵列,用来进行共形阵雷达系统试验,通过自适应处理手段可以克服机身的变形和机翼的抖动所带来的影响。

上述两个项目只是研究机翼弯曲对阵列性能的影响及弯曲补偿技术,而最接近型号应用的是在美国空军“传感器飞机”(SensorCraft)项目中专门为该机制造的尺寸3~6m的超高频共形有源相控阵雷达天线,并将它集成到机翼中进行了风洞试验;另外还已制成0.37m2的X波段共形有源相控阵雷达天线。

日本对共形天线的研究

日本在信息技术和微电子技术方面一直处于世界领先地位,这些技术积累为研究共形阵天线技术提供了坚实的基础。日本原防卫技术研究本部(现已整合到防卫省装备厅)的电子装备研究所在2013年对外公布了其正在牵头研发的柔性共形阵天线,在实用性方面具有很大的突破,解决了大部分共形阵天线所面临的问题。

日本这个项目的研制目标是面向未来航空装备,用于取代机内雷达天线,其实现的柔性共形阵天线技术主要实现了三点:天线可以任意角度弯曲;天线传感器可以根据弯曲状态检测曲率,自动修正电磁波相位;通过对天线在弯曲状态下与平面状态下的增益效果进行对比,验证了自动修正电磁波的技术可行性。

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

 

日本研制的这种天线上附有传感器,可以检测天线的弯曲曲率,通过计算曲率半径得出各个元件的坐标,然后自动调整各个元件的相位,形成指定方向的电磁波束。防卫技术本部在微波暗室中对弯曲状态的柔性共形阵天线的增益效果进行了验证,确认在指定方向上形成了电磁波束,证明柔性共形阵天线对电磁波进行修正是有效的。

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

 

日本的这项柔性共形阵天线技术研究的目标,就是针对现在的飞机设计中如果需要大口径天线就必须使机头的直径较大,而柔性天线技术可以把天线安装在飞机外部,和机身表面外形相匹配,取代机内雷达天线,避免机内热管理和电磁兼容等问题。柔性共形阵天线能够适应任何曲面形状,并且其柔性共形阵天线在构造上轻薄、重量小,具有很好的搭载适应性。这样相对于固定形状的共形天线,柔性共形天线使天线不需要再为适应飞机外形而进行专门设计,而且能够适应飞机气动和热胀冷缩的外形改变。

相控阵天线的进化——共形阵天线技术发展现状及趋势

 

柔性共形阵天线技术新趋势

柔性共形阵天线技术如果发展成熟,具有很广泛的军事用途,也将改变传统飞机设计理念,对于提高作战系统的探测能力大有裨益,尤其在隐身航空装备发展迅速的今天,更具有现实意义。

第一,柔性共形阵天线可以安装在航空装备不同曲率的表面,航空装备可以设计成最优的气动外形,而无需为安装天线阵面而付出额外的气动代价。适合用于机翼变形比较大的大展弦比机翼的飞机,大型预警机可以充分利用机身表面积和大翼展布置天线,大幅提升探测能力,而不再需要额外背负“圆盘”或“平衡木”之类的机外天线;或者高空长航时无人侦察机,采用柔性共形阵天线可以实现大口径雷达探测,满足其广域侦察能力需求。

第二,柔性共形阵天线可以不占用机内空间,腾出的空间可以用来安装其他设备、燃料,从而增加飞机的载荷,使机体内有限的空间得到充分的利用,另外也有助于提高设备的结构强度,减少体积和重量,有助于提高载机的机动性及战场的生存能力。这对战斗机或导弹之类的空间紧凑型航空装备具有巨大优势,如果战斗机能在机身表面集成共形阵天线取代机内平面阵雷达天线,可以将机头空间留给其他更重要的机载设备,可以多载燃油增加航程,可以搭载更多的机载武器。雷达制导的导弹如果在表面安装共形阵天线,可以降低了导引头的尺寸和重量,弹体内节省的空间可以安装更大的战斗部或携带更多的燃料,也可以大幅缩小弹体尺寸增加便携性,提高机动性。

第三,柔性共形阵天线扩大了可进行态势探测的平台范围。任何飞机都容易被改装用于情报搜集,机翼、机门或机身都可以成为天线,任何有人驾驶飞机或无人机都可以执行监视任务,而无需为适应雷达天线而开发专门的监视飞机。

第四,共形阵天线不仅可以用于雷达探测和通信,也可能提供新的电子战作战方式,极大地改善电子攻击效能。利用大型共形阵的高功率孔径积可以探测敌方的通信,可以对付许多X波段的雷达和大量短波通信。曾有专家设想用共形阵天线包裹导弹大小的无人作战飞机,快速抵达敌方目标附近,在近距离上产生具有毁伤作用的尖峰功率,从而对敌设施进行电子攻击。

综合总结

虽然各国在共形阵取得了较大的突破,但是一些深层次问题仍旧没有得到很好的解决,限制共形阵 进一步的发展,例如,共形阵一大难点就是要保证阵列所有单元有相同的方向图、最大值指向和一致的极化取向,但是共形阵的各天线阵元并不在一个阵面上,因此 共形阵的分析和工程实现难度非常大。共形阵扫描的时候,阵元工作的通断切换和幅相加权变化多端,相应的馈电网络功率分配、波束控制需要实时解决,另外共形 阵中,不同位置阵元有各自的电环境,因此在天线工作的时候,如何解决有源输入阻抗匹配是需要解决的关键问题,对飞机和导弹这样的载体来说身振动和动态变形对于天线阵面还要较大的影响,需要在实用中加以解决。


最新新闻 / News More>
1
2020 - 07 - 30
波导负载‍是微波领域中经常会使用的一种元件,在实际的应用中又包括有匹配负载以及失配负载两种,因此,性能稳定的波导负载‍使用之后能够满足人们对高功率微波测量技术的各种要求。那么,波导负载‍有哪些方面的具体作用呢?第1.吸收无用信号波导负载‍是由一段波导和能够吸收微波功率的材料组合而成的,这种单端口元件的主要作用之一就是用来吸收多余的信号。使用之后,波导负载‍可以在实现系统某一部分呈现行波状态的同时,将一些没有作用的信号吸收掉,因此,在通信系统以及微波测量系统中,经常需要利用匹配负载来建立系统的行波状态。第2.吸收系统终端能量现在,高功率微波通常工作于单脉冲或脉冲串模式下,因此具有峰值功率高、脉冲宽度窄等特点,在实际的使用中,会出现一些多余的能量。波导负载‍则是系统中的一个重要吸收元件,可以对系统终端能量进行吸收,从而确保可以在系统中建立终端无反射或低反射状态,以保证测量准确性和可靠性。第3.反射微波功率有些时候,在进行微波测量的过程当中并不需要波导负载‍将所有的微波功率都吸收掉,因此波导负载‍中的失配负载既可以吸收一部分微波功率,又可以将一部分微波功率再反射回去,从而使之和原传输系统失配。以上几个方面都是波导负载‍使用之后所能够起到的作用,而且,通过本文的介绍大家应该也了解了,先进的波导负载‍不仅仅可以吸收微波功率,只要类型使用得当也能对微波功率进行反射,因此应该根据具体的情况选择合...
2
2020 - 08 - 27
由于波导元器件‍对电路的整体性能会造成很重要的影响,所以在选购前,应该根据电路设计的要求认真挑选质量有保证的波导元器件‍。那么,在挑选的过程中除了要了解元器件的规格型号、参数要求、尺寸、面积、体积、重量、耐压、功率等各种参数之外还应该注意哪些事情呢?第1.注意先少量购买对于生产企业而言,采购波导元器件‍的数量通常会比较大,但是,如果采购的元器件经确认证明并不符合电路的使用需求那么就会导致大量的元器件被浪费,为了避免这一情况的发生企业在采购波导元器件‍的时候应该注意先少量采购一部分,经过试用确认元器件质量好且符合电路要求之后再进行大批量的购买。第2.注意抽样检验为了确保采购到优质耐用的波导元器件‍,在采购的时候不仅要选择生产质量高的厂家,而且还应该对波导元器件‍件做抽样检验,检验的时候可以利用万用表来测量波导元器件‍的参数,从而确认元器件的质量好坏,以免购买到不合格的元器件而给后面的生产带来不必要的麻烦。第3.注意生产日期大家都知道食品有保质期,殊不知电子元器件也有一定的使用期限的,如果超过了使用期限就会导致元器件失效从而造成电路故障。因此,在采购波导元器件‍的时候就应该注意查看生产日期,确保在有效期内。要想采购到功能全,品质好的波导元器件‍大家一定要找可靠的生产厂家,并且对波导元器件‍的性能进行检测。除此之外,在采购波导元器件‍的时候还应该注意本文所介绍的这些事项从而有效保证采购到...
3
2020 - 08 - 03
波导负载‍的主要功能是吸收来自传输线的微波能量,有效改善电路的匹配性能,所以波导负载‍现在已经广泛地被应用在无线电设备、电子仪器以及各种微波装备等系统中,对空置的备用信道和测试端口进行阻抗匹配,在保证了信号阻抗匹配的同时,又大大减少了空置端口信号泄漏和系统间的相互干扰。那么,如何看波导负载‍的质量好不好呢?1、看其结构与尺寸由于相关行业对波导负载‍是有一些标准规定的,规定中就包括有负载的结构型式、外形尺寸、安装连接尺寸以及重量等。因此,大家在诚信经营波导负载‍厂家采购时要想辨别其产品质量好坏,首先要根据规定看其结构与尺寸,可以利用目测法,以及符合规定数据精度要求的量具来测量。2、看其外观质量好的波导负载‍,其外壳和其他机械部分都应该是完整无缺的,而且,负载的表面不应该有机械性损伤以及锈蚀,表面漆层也不能有脱落的现象。所以,大家要想了解波导负载‍的质量好不好,就可以仔细检查负载的外观状况。3、看其电压驻波比在相关的规定中,波导负载‍有三个不同级别的电压驻波比,而这个电压驻波比也是了解负载质量好坏的关键,质量好的负载应该与之相应级别的电压驻波比相符,如果想要进一步了解,则可以利用符合频率范围的信号源、波导隔离器以及测量放大器等设备对电压驻波比进行检验测试。要想买到质量稳定的波导负载‍,一方面要看厂家的诚信如何,另一方面就是要对如何鉴别波导负载‍质量有一定的了解。本文介绍了几个可以帮助大...
4
2020 - 09 - 04
现如今,大功率环形器在微波电路中具备中间耦合、极间耦合、减少频率牵引以及清除不必要的辐射等等电路功能。因此正确应用大功率环形器则能够有效地改善电路品质。大功率环形器在很大程度上可避免负载阻抗在变化甚至开路或是短路等问题。那么,不错的大功率环形器‍主要分为哪几种类型呢?其一:光纤型光纤型大功率环形器作为单向装置,其能够将光信号从一个端口导向另一个端口,而只进行单向传输。尽管光信号可根据需要进行重新导向,但是光信号必须依次通过各个端口进行传输。除外,光纤型大功率环形器支持双向端口,并允许在一根光纤上进行光信号的发射与接收。因此,光纤型大功率环形器插入损耗低,并且对输入与反射的光功率具有很高的隔离度,所以光纤型大功率环形器则被广泛地用于通信系统与光纤感测器应用,如:DWDM网络、偏振模色散、色散补偿、光分插复用器、光放大器以及光纤感测器等等。其二:电子环形器电子大功率环形器能够很好地可实现耦合信号、峰值检波以及电压比较等功能。因此,电子大功率环形器解决环行器本身体积大且成本高的问题。并且,电子大功率环形器可用发光二极管来指示电路是否对运放进行保护。并且根据数据研究发现,电子大功率环形器的电路基本可成功代替环行器可保护运放,耦合器则能够耦合信号,峰值检波则能够检波信号等功能。综上所述,质量好服务好的大功率环形器的类型主要分为光纤型与电子环形器,而且各种类型的大功率环形器在材质、构造、设计以...
5
2020 - 08 - 04
据相关资料显示波导负载在多个不同场合的通信系统以及微波测量系统中大显神通。它是检查各种微波阻抗测量仪的必要检测设备之一,事实上现今功能全,品质好的波导负载的受欢迎度处于逐年递增的发展态势中,现在就波导负载更适宜选用哪些材料作为固体吸收材料作简要阐述:1.铁氧体波导负载主要用于吸收无用信号以及反射微波功率,某些高功率微波负载匹配材料选用铁氧体有助于强化吸收能力。将铁氧体作为基础的介质材料镀以金属层或者涂抹金属粉末,便于增强波导负载的吸收与反射功能,从而促使微波信号的无缝覆盖率更广。2.碳化硅、氮化硼等吸收陶瓷波导负载还适宜选用碳化硅、氮化硼等吸收陶瓷。这类材料是属于体积较大的固体吸收材料,将其作为微波吸收体放置到波导内部时,利用波导外壁上的散热片以及循环水就可迅速将所吸收的热量带走,从而达到吸引微波功率的目的。3.羟基铁据相关调查显示部分波导负载的微波吸收体是以羟基铁为基础材料,它的主要成分是氢氧化铁或氢氧化亚铁。只要将其制作成尖劈状就可放置于波导内部作为吸收材料的载体,由这种材料制成的波导负载不仅体积较小且重量较轻,但是却可数千瓦的微波功率。波导负载是用于吸收射频以及微波系统功率必要的组件之一,因此越来越多的服务较好的波导负载生产厂家都致力于研究更高品质的负载。据相关资料分析表明波导负载适宜选用的固体吸收材料材料有很多,像铁氧体、羟基铁以及碳化硅、氮化硼等吸收陶瓷都是较为常用的吸收...
6
2020 - 09 - 07
波导负载是一种在通信系统和微波测量行业中都有非常广泛应用的一款产品,并且随着移动通信业务的兴起这款产品在很多场合下都能够为微波数据的传输带来可靠的帮助,帮助通信系统具有更好的稳定性和更强的微波数据传输能力。那么广受通信行业认可的波导负载产品的主要优势都有哪些呢?一、性能稳定的优势诚信可靠的波导负载本身的结构较为简单,但在实际的微波通信中却起到了非常重要的作用。使用了波导负载产品后,能够让相隔一定距离的微波接收端之间的通讯保持在一个非常稳定的趋势中,不容易出现过去经常掉线的问题,这种稳定的性能正是这款产品的主要优势。二、不可替代的优势目前由于很多用户对于通信信号的稳定性要求都非常高,而采用了波导负载产品后对于通信的稳定性有着非常重要的帮助。这也使得目前在整个通信系统中对于波导负载产品都有极高的使用需求,并且目前尚未能够寻找到能够代替这款产品的替代元器件。三、价格合理的优势虽然服务较好的波导负载在整个通信系统中都具有重要的作用,但目前由于生产这类产品的厂家数量也开始逐渐增多,因此为了达到平衡的目的,目前很多厂家在波导负载产品的价格方面都设置的极为合理,这种价格方面的优势也是其能够受到市场欢迎的重要原因。从整个通信系统行业的角度来看,波导负载都是一款极为重要的电子元器件产品。这种产品不但本身的性能极为的稳定可靠,同时由于目前尚未寻找到其他方案因此波导负载也具有不可替代性的优势,此外这款产...
天津恒源佳业微博科技有限公司
扫微信
获更多信息
联系我们
Copyright ©2018 - 2022 天津恒源佳业微波科技有限公司
犀牛云提供企业云服务    网站地图
地址:天津市蓟州区专用汽车产业园盘龙山路 2 号
电话:13331159828(杨女士)
传真:+86 0755-2788 8009
邮编:330520
邮箱:hy_mic@126.com
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

  • 4006-971-972
6

二维码管理

展开