内容简介
相控阵雷达技术是一种先进的雷达技术,本书共分12章,包括概论、相控阵雷达的主要战术与技术指标分析、相控阵雷达工作方式设计与资源管理、相控阵雷达天线波束的控制、相控阵雷达天线与馈线系统的设计、相控阵雷达发射机系统、相控阵雷达接收系统、多波束形成技术、有源相控阵雷达技术、宽带相控阵雷达技术、新型高性能半导体器件在相控阵雷达技术中的应用、微波光子相控阵雷达技术。作者根据多年从事相控阵雷达研制工作的经验与学习心得,结合近年来技术最新进展,完成本书写作,奉献给从事相关研究、生产、使用和教学人员参考。
目录
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第1章 概论 001
1.1 对雷达的新需求与相控阵雷达技术的发展 002
1.1.1 对雷达观测任务的新需求 002
1.1.2 对雷达性能的一些新要求 007
1.2 相控阵天线原理 010
1.2.1 相控阵线形阵列天线 011
1.2.2 平面相控阵天线 018
1.3 相控阵雷达的特点与应用 023
1.3.1 相控阵天线的主要技术特点 023
1.3.2 相控阵雷达的主要工作特点 026
1.4 相控阵雷达技术的发展 029
1.4.1 相控阵雷达的初期发展 029
1.4.2 战术相控阵雷达的发展 031
1.4.3 主要相控阵雷达类型及其特点 032
参考文献 034
第2章 相控阵雷达主要战术与技术指标分析 035
2.1 相控阵雷达系统的主要战术指标 036
2.1.1 雷达观察空域 036
2.1.2 雷达测量参数 039
2.1.3 测量精度 041
2.1.4 雷达的分辨率 042
2.1.5 处理多批目标的能力 044
2.1.6 数据率 045
2.1.7 抗干扰能力和生存能力 046
2.1.8 使用性能与使用环境 046
2.2 相控阵雷达系统的主要技术指标 047
2.2.1 工作波段选择 047
2.2.2 相控阵天线方案 051
2.2.3 雷达发射机的形式 053
2.2.4 信号波形 053
2.2.5 测角方式 055
2.3 相控阵雷达作用距离 055
2.3.1 脉冲雷达作用距离的几种形式 056
2.3.2 相控阵雷达的搜索作用距离 057
2.3.3 相控阵雷达的跟踪作用距离 060
参考文献 062
第3章 相控阵雷达工作方式 063
3.1 相控阵雷达数据率概念 064
3.2 相控阵雷达搜索方式设计 065
3.2.1 搜索数据率 065
3.2.2 搜索方式 067
3.3 相控阵雷达的跟踪工作方式 070
3.3.1 从搜索到跟踪的过渡过程 071
3.3.2 跟踪数据率与目标跟踪状态的划分 072
3.3.3 跟踪加搜索与边扫描边跟踪工作方式 074
3.3.4 跟踪时间的计算 076
3.3.5 跟踪目标数目的计算 077
3.4 相控阵雷达的信号能量管理 079
3.4.1 信号能量管理的调节项目与调节措施 079
3.4.2 按目标远近及其RCS的大小进行信号能量管理 081
3.4.3 搜索和跟踪状态之间的信号能量分配 081
3.4.4 波束驻留数目n的选择与信号能量管理 082
参考文献 085
第4章 相控阵雷达天线波束控制 086
4.1 平面相控阵天线波束控制器的基本功能与波束控制数码计算 087
4.1.1 相控阵雷达波束控制系统的基本功能 087
4.1.2 相控阵天线波束指向与波束控制数码的对应关系 088
4.1.3 跟踪状态时波束控制数码的计算 091
4.2 一维相控阵天线的波束控制数码计算 094
4.2.1 一维相扫三坐标(3D)雷达的波束控制数码计算 094
4.2.2 一维相扫两坐标(2D)雷达的波束控制数码计算 095
4.2.3 一维相扫两坐标雷达天线波束的倾斜现象 096
4.3 波束控制系统的其他功能 098
4.3.1 天馈线相位误差的补偿 098
4.3.2 频率捷变后进行天线波束指向修正时波束控制修正码的计算 099
4.3.3 随机馈相的实现 100
4.3.4 天线近场测试时球面波的补偿 101
4.3.5 天线阵面的相位监测 102
4.3.6 相控阵天线波束形状变化的控制 103
4.4 波束控制系统设计中的一些技术问题 103
4.4.1 波束控制系统的组成 103
4.4.2 减少波束控制系统设备量的一些技术措施 104
4.5 波束控制系统的响应时间与天线波束的转换时间 107
4.5.1 搜索状态时的波束控制系统的响应时间与天线波束转换时间 107
4.5.2 跟踪状态时的波束控制系统响应时间与波束转换时间 108
4.5.3 降低波束系统响应时间的措施 109
4.6 波束控制电流的计算 110
4.6.1 计算波束控制电流的意义 110
4.6.2 相位参考点的选择对波束控制电流起伏的影响 111
4.7 天线单元不规则排列的相控阵天线的波束控制数码计算 112
4.7.1 天线单元随意排列的平面相控阵天线的波束控制数码计算 113
4.7.2 环形阵天线的波束控制数码计算 114
4.8 最小波束跃度 115
4.8.1 天线波束跃度与波束控制数码的计算位数 115
4.8.2 波束控制数码的最大计算位数的上限 116
4.8.3 最小波束跃度的计算 117
参考文献 118
第5章 相控阵雷达天线与馈线系统 120
5.1 相控阵天线方案的选择 121
5.1.1 天线方案选择的主要依据 121
5.1.2 实现低副瓣相控阵雷达天线的方法 123
5.1.3 有源相控阵天线或无源相控阵天线的选择 127
5.1.4 多波束数目与波束形成方式 128
5.1.5 多极化发射与接收的实现 129
5.1.6 大瞬时信号带宽对相控阵天线的影响 130
5.2 共形相控阵天线的选择 130
5.2.1 采用共形相控阵天线的主要原因及其作用 131
5.2.2 共形相控阵天线 132
5.2.3 共形相控阵天线的波束控制 134
5.2.4 实现共形相控阵天线的条件 135
5.3 相控阵天线的馈电方式 136
5.3.1 强制馈电方式 136
5.3.2 空间馈电方式 138
5.3.3 视频馈电方式 143
5.3.4 光纤馈电方式 144
5.4 并联馈电与串联馈电 144
5.4.1 串联馈电方式 145
5.4.2 频率扫描天线 148
5.5 平面相控阵天线馈电网络的划分及其作用 151
5.5.1 平面相控阵天线按行、列方式实现的馈电网络 151
5.5.2 平面相控阵天线按小面阵方式实现的馈电网络 153
5.5.3 密度加权平面相控阵天线馈电网络的划分方法 155
5.6 移相器的选择 156
5.6.1 实现移相器的基本原理与对移相器的主要要求 157
5.6.2 用矢量调制器方法实现的移相器 157
5.6.3 “块移相器”的原理与应用前景 159
5.6.4 串联移相器 162
参考文献 164
第6章 相控阵雷达发射机系统 166
6.1 对高功率发射信号的需求 167
6.2 高功率发射信号的实现方法 169
6.2.1 集中式大功率发射机 169
6.2.2 集中式大功率发射机系统的效率计算 171
6.2.3 发射机输出端驻波系数计算 172
6.3 分布式子天线阵发射机的应用 173
6.3.1 分布式子天线阵发射机 173
6.3.2 分布式子天线阵发射机幅相一致性要求与监测 175
6.3.3 分布式子天线阵发射机系统对相控阵发射天线副瓣电平的影响 178
6.3.4 对子天线阵发射机功率分配网络的要求 180
6.3.5 子天线阵发射机幅相一致性的监测 183
6.3.6 子天线阵发射机系统的波束控制方式 186
6.4 子天线阵发射机的选择 187
6.4.1 电真空子天线阵发射机 187
6.4.2 固态子天线阵发射机 189
6.4.3 微波功率组件子天线阵发射机 191
6.5 完全分布式发射功率放大系统 193
6.5.1 完全分布式发射机分系统的组成 194
6.5.2 有源相控阵发射系统的能量指标 196
参考文献 199
第7章 相控阵雷达接收系统 200
7.1 相控阵雷达接收系统的组成与特点 201
7.1.1 组合馈电接收系统 202
7.1.2 空间馈电接收系统 204
7.2 单脉冲测角接收机 206
7.2.1 幅度比较单脉冲测角 207
7.2.2 相位比较单脉冲测角 210
7.2.3 相位和差单脉冲测角 212
7.3 单脉冲测角接收波束的形成方法 214
7.3.1 和差接收波束的独立形成 215
7.3.2 在子天线阵级别上实现和差波束的独立形成 216
7.4 相控阵雷达接收系统噪声系数计算 218
7.4.1 无源相控阵接收通道噪声系数的计算 218
7.4.2 有源相控阵接收天线噪声系数的计算 224
7.5 相控阵雷达接收系统动态范围计算 225
7.5.1 相控阵雷达接收系统动态范围 226
7.5.2 相控阵雷达接收系统中各级放大器的动态范围 230
7.5.3 压缩动态范围措施 232
参考文献 234
第8章 多波束形成技术 236
8.1 多波束形成在相控阵雷达中的重要作用 237
8.1.1 提高数据率对形成多波束的需求 238
8.1.2 接收多波束对提高雷达抗干扰能力和生存能力的作用 239
8.2 相控阵发射天线多波束形成方法与应用 247
8.2.1 形成发射多波束的方法 248
8.2.2 按时间先后顺序生成多个发射波束 248
8.2.3 并行发射多波束的形成 250
8.2.4 部分孔径发射多波束 253
8.3 Blass多波束形成及其应用 254
8.3.1 Blass多波束形成原理 254
8.3.2 在中频实现的Blass多波束 255
8.4 Butler矩阵多波束及其应用 257
8.4.1 Butler矩阵多波束原理 257
8.4.2 Butler矩阵多波束方向图的计算与特性 260
8.4.3 Butler矩阵多波束的应用 263
8.5 相控阵接收天线的多波束形成方法 267
8.5.1 在高频低噪声放大器后形成多个接收波束的方法 268
8.5.2 在中频形成多个接收波束的方法 271
8.5.3 在视频与光频形成多个接收波束 273
8.6 数字多波束形成方法 275
8.6.1 数字接收多波束形成的原理 276
8.6.2 用接收多波束形成的数字配相方法 278
8.6.3 用FFT实现接收多波束的形成 279
8.6.4 采用数字波束形成时幅相误差的补偿 281
8.6.5 数字接收多波束形成技术的应用 282
8.6.6 发射天线多波束的数字形成方法 286
参考文献 294
第9章 有源相控阵雷达技术 296
9.1 有源相控阵雷达发展简况与特点 297
9.1.1 发展简况 297
9.1.2 有源相控阵雷达天线的特点 299
9.2 T/R组件的功能与要求 302
9.2.1 T/R组件的构成与主要功能 302
9.2.2 对T/R组件的主要要求 306
9.3 T/R组件的类型与应用 310
9.3.1 中频T/R组件及其应用 311
9.3.2 数字式T/R组件 314
9.3.3 数字式T/R组件的工作特点 316
9.3.4 数字式T/R组件的应用 320
9.4 有源相控阵雷达低副瓣发射天线的实现 323
9.4.1 有源相控阵雷达发射天线低副瓣性能的实现 323
9.4.2 采用混合馈电结构对降低天线副瓣电平和研制成本的意义 326
9.5 有源与无源相控阵雷达天线的比较 330
9.5.1 影响采用有源相控阵雷达天线的一些因素 330
9.5.2 有源相控阵雷达天线与无源相控阵雷达天线功率的比较 331
9.5.3 两种有源相控阵雷达天线阵面散热的计算与阵面冷却 337
9.6 有源相控阵雷达功率、孔径的折中设计 339
9.6.1 T/R组件中功率放大器输出功率受限制情况下的折中方法 339
9.6.2 增加天线孔径对提高跟踪性能的作用 340
9.6.3 发射系统初级电源功率受限制时增加天线孔径的作用 341
9.7 空间馈电在有源相控阵雷达中的应用 342
9.8 有源相控阵雷达的应用及有关技术特点 343
9.8.1 地基与海基有源相控阵雷达 344
9.8.2 机载有源相控阵雷达 350
9.8.3 空间载有源相控阵雷达 353
参考文献 357
第10章 宽带相控阵雷达技术 359
10.1 对宽带相控阵雷达的需求 360
10.1.1 获得高分辨率的需求 360
10.1.2 高测距精度的实现 362
10.1.3 目标分类、识别需求 362
10.1.4 采用宽带雷达信号的其他需求 363
10.2 相控阵雷达天线对雷达瞬时信号带宽的限制 364
10.2.1 相控阵雷达天线波束方向图与信号频率的关系 364
10.2.2 信号频率变化对波束指向变化的影响 366
10.2.3 瞬时信号带宽受天线孔径渡越时间的限制 368
10.2.4 阵列天线对LFM信号调频速率的限制 370
10.3 宽带相控阵雷达天线实时延迟补偿的实现方法 372
10.3.1 实时延迟补偿对提高相控阵雷达天线宽带性能的作用 372
10.3.2 子天线阵级别上的实时延迟补偿 374
10.4 实时延迟的实现方法 379
10.4.1 在光波波段实现TTD的方法 379
10.4.2 并联与串联馈电结构的光控实时延迟系统 381
10.4.3 在中频与视频实现TTD的方法 388
10.5 宽带调频信号的产生与处理 392
10.5.1 大时宽带宽乘积信号的产生 392
10.5.2 宽带雷达信号处理中的时频变换方法 394
10.6 宽带相控阵雷达的分辨率 398
10.6.1 距离分辨率 398
10.6.2 宽带相控阵雷达的速度分辨率 404
10.6.3 宽带相控阵雷达的角分辨率 409
10.7 宽带相控阵雷达系统中的失真与修正 413
10.7.1 多普勒频率与距离修正 413
10.7.2 采用宽带高分辨率信号时电离层电波传播影响的修正 418
参考文献 421
第11章 新型高性能半导体器件在相控阵雷达技术中的应用 422
11.1 采用硅基高集成度半导体器件的相控阵雷达 423
11.1.1 硅基高集成度射频微波芯片 424
11.1.2 硅基高速数字器件 433
11.2 采用新型化合物半导体器件的相控阵雷达 443
11.2.1 对固态T/R组件的一些新要求 443
11.2.2 宽禁带半导体器件 445
11.2.3 InP半导体器件 459
11.3 采用微系统技术的相控阵雷达 462
11.3.1 高密度集成无源器件 463
11.3.2 微系统三维异构集成技术 470
11.3.3 晶体管级异质集成技术的应用 480
参考文献 487
第12章 微波光子相控阵雷达技术 491
12.1 微波光子相控阵雷达的发展概况与技术特点 492
12.1.1 发展概况 492
12.1.2 微波光子技术的特点 496
12.2 射频光传输网络及其应用 497
12.2.1 射频光传输链路 498
12.2.2 基于射频光传输的合成与分配网络 505
12.2.3 相控阵雷达中射频光传输网络的应用 507
12.3 微波光子波束形成方法 509
12.3.1 超宽带光延迟技术 509
12.3.2 光波束形成架构的设计 513
12.3.3 相控阵雷达中光波束形成的应用 518
12.4 微波光子信号产生的方法 519
12.4.1 低相位噪声本振信号的产生 521
12.4.2 超宽带信号的产生 524
12.4.3 相控阵雷达中光信号产生技术的应用 528
12.5 微波光子信号接收 531
12.5.1 微波光子信道化接收技术 531
12.5.2 微波光子模数转换技术 534
12.5.3 相控阵雷达中光接收机的应用 537
12.6 光处理与光计算技术 538
12.6.1 非相参光处理与光计算技术 539
12.6.2 相参光处理与光计算技术 540
12.6.3 相控阵雷达中光处理技术的应用 543
12.7 微波光子相控阵雷达的系统应用与展望 544
12.7.1 微波光子相控阵雷达的应用 545
12.7.2 微波光子相控阵雷达发展趋势 547
参考文献 548