寬帶陣列會(huì)遇到什么問題？

對(duì)于窄帶電子掃描陣列的實(shí)現(xiàn)，中心頻率可用于計(jì)算整個(gè)陣面的相位變化。然而，對(duì)于寬帶，使用信號(hào)帶寬內(nèi)的實(shí)際頻率是十分重要的。因?yàn)椴ㄇ皩?duì)于陣列的每個(gè)增量都是滯后的，所以不能使用相位校正，應(yīng)該采用實(shí)際距離除以光速。

最精確的方法是對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行真實(shí)的時(shí)間延遲，如圖所示，利用平面前端到每個(gè)單元的距離計(jì)算時(shí)延。對(duì)于寬掃描角或者超寬帶波形，該方法需要較長(zhǎng)的時(shí)延。對(duì)于較低的頻率，陣列排列稀疏，可以對(duì)每個(gè)單元使用真正的時(shí)延。然而，此方法對(duì)微波頻率不可行，因?yàn)檫@會(huì)大大增加時(shí)延單元的數(shù)量。

寬帶陣列掃描

因此，對(duì)于微波頻率，利用裝有移相器的子陣，將時(shí)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(shí)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(gè)子陣接收信號(hào)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(gè)控制參數(shù)。一個(gè)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(gè)帶寬內(nèi)，子陣之間沒有足夠的時(shí)延影響波束的形成。

第二，需要評(píng)估陣列因子，對(duì)于不同的掃描角，利用數(shù)字延時(shí)器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)延處提供準(zhǔn)直信號(hào)。延時(shí)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(shí)采用延時(shí)器和各子陣列自適應(yīng)加權(quán)（對(duì)于M個(gè)獨(dú)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(gè)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(shí)際波長(zhǎng)與中心頻率的波長(zhǎng)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(shí)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(shí)延將改善整個(gè)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(jì)分析，確保延時(shí)器能夠補(bǔ)償通道在整個(gè)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(shì)在于，在每一個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換成奈奎斯特率的數(shù)字信號(hào)，就能通過快速傅里葉（FFT）變換，將其由時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)。在多普勒或者k空間中，多個(gè)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。