• 相控陣

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    相控陣

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    天線理論中,相控陣通常是指電子掃描陣列,一種由計算機控制的天線陣列,可產生無線電波束,無需移動天線即可通過電子方式將其轉向指向不同方向。

    在一個簡單的陣列天線中,來自發射器的射頻電流被饋送到具有適當相位關系的多個單獨的天線元件,以便來自單獨元件的無線電波組合(疊加)形成波束,以增加在所需方向上輻射的功率并且 抑制不需要的方向的輻射。 在相控陣中,來自發射器的功率通過稱為移相器的設備饋送到輻射元件,該設備由計算機系統控制,可以電子方式改變相位或信號延遲,從而將無線電波束轉向不同的方向。 由于天線陣列的尺寸必須擴展許多波長才能實現窄波束寬度所需的高增益,因此相控陣主要適用于無線電頻譜的高頻端,即 UHF 和微波頻段,這些頻段的工作波長很方便 小的。

    相控陣最初被設想用于軍用雷達系統,引導無線電波束快速穿過天空以探測飛機和導彈。 這些系統現在被廣泛使用,并已擴展到民用應用,例如用于手機的 5G MIMO。 相控陣原理也用于聲學,聲學換能器的相控陣用于醫學超聲成像掃描儀(相控陣超聲)、油氣勘探(反射地震學)和軍用聲納系統。

    相控陣一詞在較小程度上也用于非受控陣列天線,其中饋電功率的相位以及天線陣列的輻射方向圖是固定的。 例如,由多個天線桿輻射器組成的 AM 廣播無線電天線被饋電以創建特定的輻射模式,也稱為相控陣。

    類型

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    相控陣有多種形式。 然而,最常見的四種是無源電子掃描陣列 (PESA)、有源電子掃描陣列 (AESA)、混合波束形成相控陣和數字波束形成 (DBF) 陣列。

    無源相控陣或無源電子掃描陣列 (PESA) 是一種相控陣,其中天線元件連接到單個發射器和/或接收器,如頂部的xxx個動畫所示。 PESA 是最常見的相控陣類型。 一般來說,PESA 對整個陣列使用一個接收器/激勵器。

    有源相控陣或有源電子掃描陣列 (AESA) 是一種相控陣,其中每個天線元件都有一個模擬發射器/接收器 (T/R) 模塊,該模塊產生電子控制天線波束所需的相移。 有源陣列是一種更先進的第二代相控陣技術,用于軍事應用; 與 PESA 不同,它們可以同時向不同方向以多個頻率輻射多個無線電波束。 然而,同步波束的數量由于波束形成器的電子封裝的實際原因而被限制為用于AESA的大約三個同時波束。 每個波束形成器都有一個與之相連的接收器/激勵器。

    可以將混合波束形成相控陣視為 AESA 和數字波束形成相控陣的組合。 它使用作為有源相控陣的子陣列(例如,一個子陣列可以是 64、128 或 256 個元素,元素的數量取決于系統要求)。 組合子陣列以形成完整陣列。 每個子陣列都有自己的數字接收器/激勵器。 這種方法允許創建同時波束的集群。

    數字波束形成 (DBF) 相控陣在陣列中的每個元件處都有一個數字接收器/激勵器。 每個元件的信號由接收器/激勵器數字化。 這意味著天線波束可以在現場可編程門陣列 (FPGA) 或陣列計算機中以數字方式形成。 這種方法允許同時形成多個天線波束。

    共形天線是一種相控陣,其中各個天線不是排列在平面中,而是安裝在曲面上。

    相控陣

    由于天線元件在表面上的位置不同,移相器補償波的不同路徑長度,從而使陣列能夠輻射平面波。 共形天線用于飛機和導彈,將天線集成到飛機的曲面中以減少空氣阻力

    歷史

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    相控陣傳輸最初是由諾貝爾獎獲得者卡爾費迪南德布勞恩于 1905 年展示的,他展示了無線電波在一個方向上的增強傳輸。 第二次世界大戰期間,諾貝爾獎獲得者路易斯·阿爾瓦雷斯 (Luis Alvarez) 在用于地面控制進場的快速可控雷達系統中使用相控陣傳輸,這是一種輔助飛機著陸的系統。

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    1. 相控陣
    2. 類型
    3. 歷史

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