窄帶電子掃描陣列的實現(xiàn)

對于窄帶電子掃描陣列的實現(xiàn)，中心頻率可用于計算整個陣面的相位變化。然而，對于寬帶，使用信號帶寬內(nèi)的實際頻率是十分重要的。因為波前對于陣列的每個增量都是滯后的，所以不能使用相位校正，應(yīng)該采用實際距離除以光速。

最精確的方法是對每個單元進(jìn)行真實的時間延遲，如圖所示，利用平面前端到每個單元的距離計算時延。對于寬掃描角或者超寬帶波形，該方法需要較長的時延。對于較低的頻率，陣列排列稀疏，可以對每個單元使用真正的時延。然而，此方法對微波頻率不可行，因為這會大大增加時延單元的數(shù)量。

寬帶陣列掃描

因此，對于微波頻率，利用裝有移相器的子陣，將時延單元安裝在子陣的輸出端，如圖所示。子陣的大小應(yīng)該使得在最大掃描角下，子陣的時延最小。其目的是為了使子陣的掃描角度不超過指定角度或主波束寬度。每個子陣接收信號都受到雷達(dá)系統(tǒng)相干性的限制。

線性寬帶陣列

超寬帶均勻線性子陣的指向包含兩個控制參數(shù)。

一個是子陣的方向圖，此處的方向圖是指不同頻率下的指向角度。通過合理選擇子陣的尺寸，使得在整個帶寬內(nèi)，子陣之間沒有足夠的時延影響波束的形成。

第二，需要評估陣列因子，對于不同的掃描角，利用數(shù)字延時器在適當(dāng)?shù)臅r延處提供準(zhǔn)直信號。延時器使得波束指向擺脫了孔徑的影響。有了如今的高速數(shù)字處理，同時采用延時器和各子陣列自適應(yīng)加權(quán)（對于M個獨立的波束），使得超寬帶天線能夠用于多波束結(jié)構(gòu)。

接下來，利用解析表達(dá)式來解釋圖示的陣列指向方法。陣列因子表示陣列中每個單元的指向，方程右邊的部分表達(dá)的是子陣的方向圖。公式表示，在指向的過程中，實際波長與中心頻率的波長有分離。

多波束數(shù)字處理

通常情況下，只有在寬頻帶上保持恒定的相位波前，才能結(jié)合相位和時延進(jìn)行指向。陣列的線性相位將使得波束偏轉(zhuǎn)。子陣處的時延將改善整個頻帶上任何波束的偏轉(zhuǎn)。因此，需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計分析，確保延時器能夠補償通道在整個方位或俯仰轉(zhuǎn)向過程的任何色散。

數(shù)字波束形成的優(yōu)勢在于，在每一個單元或者子陣上，能夠基于ADC的數(shù)字輸出進(jìn)行多波束合成。一旦信號轉(zhuǎn)換成奈奎斯特率的數(shù)字信號，就能通過快速傅里葉（FFT）變換，將其由時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號。在多普勒或者k空間中，多個波束被合成并通過數(shù)字指向，從而覆蓋搜索區(qū)域的空間范圍，如圖所示。

審核編輯：郭婷