1. 概述

有源相控阵雷达系统由成百上千个辐射器按照一定的排布构成,每个辐射器后端均连接一个单独有源相控阵 TR 组件,在波束形成器的控制下,对信号幅度和相位进行加权控制,最终实现波束在空间的扫描。因此,有源相控阵 TR 组件的性能参数直接决定相控阵雷达系统的作 用距离、空间分辨率、接收灵敏度等关键参数。有源相控阵雷 达需要数量众多的TR组件共同构成有源相控阵阵面,有源相控阵 TR 组件的性能也进一步决定了有源相控阵雷达系统的体积、重量、成本 和功耗。有源相控阵可以看作是多个固态发射机的空间功率合成:

与无源相控阵相比,有源相控阵具有以下优点:

1)更低的传输损耗:由于发射机分布在阵面上,能量传播距离更短,因此发射馈线损耗小,雷达的探测距离明显增大。

2)更高的可靠性:由于每个单元功能相对独立,当部分阵列单元出现故障时,有源相控阵雷达能够继续工作,因而比采用集中式发射机的无源相控阵雷达具有更高的可靠性。

3)更小的体积:砷化镓、氮化镓等微波集成电路和新基板技术的应用使有源相控阵体积、重量进一步缩小,更适合作为机载和舰载火控雷达及预警机雷达。

2. TR组件的组成

有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。T/R组件设计考虑的主要因素有:不同形式集成电路的个数,功率输出的高低,接收的噪声系数大小,幅度和相位控制的精度。同时,辐射单元阵列形式的设计也至关重要。

有源相控阵雷达的TR组件位于天线和信号合成/分解网络之间,其主要功能是根据外部控制信号对微波信号进行放大、移相和衰减。TR组件的关键技术指标有:工作频率、输入输出功率、收发支路增益及相移、噪声系数、相位噪声、工作效率等。

TR组件核心技术是小型化和轻量化、散热问题以及成本控制。目前已经在常用的微波频段开发出成套使用的TR组件MMICs芯片,主要包括微波开关、功率放大器、低噪声放大器、驱动放大器、数字移相器、数字衰减器等。MMICs套片的开发和使用,使TR组件电路和结构设计大为简化,突破了TR组件大量生产的技术瓶颈,对于推进有源相控阵天线应用起到了决定性的作用。

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