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什么是相控阵

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  • TA的每日心情
    开心
    2021-4-28 13:36
  • 签到天数: 140 天

    [LV.7]分神

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    楼主
     楼主| 发表于 2019-12-11 20:51:06 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    什么是相控阵?( @0 x+ }/ N; E( T$ Q* g# Z

    0 f1 Y& S: h' F  x, e# m相控阵,顾名思义,就是以相位控制波束的天线阵列。* ^) D2 K* g0 j7 _% M( p5 o: F0 v

    , R" p( j8 t5 f1 \( U相位为什么能控制天线波束?
    6 K( F2 x1 b! Y) x' B$ H* i/ W5 s* T- q
    首先得搞明白什么是波束。波束跟光束类似,是指雷达辐射出去的电磁波,在不同方向上有不同能量大小,就像手电筒照出去的光,符合你要求的那个强度范围内的都可以应用(照亮,找钥匙,找飞机同理)。  o$ b! x$ `* Y2 ~; \
      U0 x  F& v# o& k
    波束完全由天线形成,会有一个方向图来表示天线的波束分布。我们一般用半功率角表示我们需要的强度,就是能量密度下降到只有中心一半的那个角度,这里面叫波瓣。最大的那个叫主瓣,旁边的叫旁瓣。不要小看旁瓣,很多连续波雷达为导弹提供制导就采用旁瓣进入,比如大名鼎鼎的AIM-54和雄猫组合。2 j. b+ ?$ \& o8 T

    . V/ S2 Y7 T' t最常见的定向天线就是你们说的大锅,锅中间指的方向就是主瓣方向,这种大锅叫抛物面天线,分前馈和后馈,后馈有一种就是我们喜闻乐见的卡塞格伦天线,倒置的卡塞格伦在Su27上一直用到今天,帅不帅。% X- _" b  L% e5 A& V1 i* U9 i" N
    . [1 [) V% }* ^0 f& a
    通常摆动天线就可以改变波束指向,但这需要摆动天线,物理的摆动需要时间和精度。时间,很宝贵,搞不好就小命不保。而精度,很昂贵,精密步进的东西都贵的没道理,摆动机构也是。
    % P* `8 ~/ k! F
    7 C) \7 p7 U# Z) u所有机械搞不好或者不好搞的,都交给电来解决,碳基生物弱爆了,铁基更是,只有硅基万岁,在这里可能是砷化镓一类的更万岁一点。0 S/ E) M3 }5 J9 N. X! ~* [
    我们回到相位上面。7 k, P1 ^( R# d$ U6 R7 ^; t1 a
    1 l2 ^1 k! S( u
    相位指的是电磁波的某个参数,可以想象为某个特性,就像物以类聚人以群分加上人多力量大一样,同相位的波凑在一起会叠加,变强,但差一半相位的会抵消,颓废,甚至消失。这全凭大家从波源(源头)跑出来的距离,差整数个波长的相位一样,会增强,差半的或者差一点的都不行。
    5 q! k9 r* k. t( }! j0 A' t
    8 n4 f/ M" c' p$ q! n3 w0 V2 }; a那么即使波源不动,改变他发出的初始相位,再跟别的波叠加,就可以在某些方向上增强波的能量,就好像出门时候都喝了点,凑在一起的一群人决定直奔网吧开黑,人流滚滚而去;在另一些地方抵消,就好像两个宅男凑一起都呆头呆脑没情绪,最后都回家宅着了一样。这就形成有指向的波束,基本就是相控阵的原理。
    : j% c/ K* J& x! ]5 x2 s, v/ p" E1 x2 R) j' Q7 D! ]
    那你要搞好多波源出来,怎么搞是大问题。, l  J( ~( }' p  t% s! s# F

    2 D0 |+ [# L* v9 \一种方法是弄一个波源,用波导(空心大铁管子)捅到扁平的大铁盒子里,然后精确地在盒子一面开槽,每个槽视为一个小波源,那么你只要控制这些槽子就能控制波束,这叫无源相控阵天线,这个跟平板缝隙天线原理差别在于能不能控制槽子(缝隙)的初始相位,不能就得老老实实晃整个天线,点头摇头来改变波束指向,能的话你就是先进的相控阵,可以吹一波。
    : z, Z0 l+ Z5 V% [7 m/ L
    4 a8 F( v5 u% ?! @5 @1 ]顺带说一句,这些小缝隙很难开出来,要分布很精确,尺寸很精确,不是高技术但是高工艺,我们到上世纪末都搞不定,所以你们说的PD雷达一直很难,很难,搞定他以后无源相控阵反而很简单。% B4 t" p7 ?  s; V  O

    + U; m6 `9 P3 l0 w当然还有另一种方法,不开槽子了,要波源是不是,直接弄很多个波源上去,叫做T/R组件(收发组件),这些通电就能用,动一动电就能变的小馈源完爆铁基的破盒子,就是很贵,当然生产多了也不那么贵了,特别是5G的基站据说要大量用这种相控天线的时候。真的,硅基有时候就是很万岁的。
    ' R) e) \& G; h& p: U4 K
    * c6 X0 L( v% n4 z这些组件是全固态的,用了砷化镓一类材料的比较厉害,用了碳化硅一类的就比较一般,但实际就跟家里CPU似的,里面全是PN结,其实挺难坏的。但是硅基一直很热,电脑超频时候都很热好不好,这么多硅基凑一起更热,搞得很容易烧掉,要制冷,要开空调。开水冷空调的目前是主流,有用专门冷却液的,跟汽车似的,也有用燃油的,F-35用燃油,搞得不敢把油烧完就得落地,不然雷达烧了王师要大大的花钱。当然我们给枭龙弄了个风冷的,开风扇,这个我一直觉得比较扯,你家夏天能靠风扇熬过去吗?除非你真缺那俩钱,跟巴基斯坦似的。% c9 {1 P! w1 n+ N, |- T, q! T
    : ?' R5 L: D) a" Z8 W6 ~
    当然还有一些超纲的内容。某个叫慧更斯的人指出,空间里有电磁波的地方都可以视为波源,大家先进带动后进,一起震动,一起发展下线,于是简单的波源辐射变成了大合唱,衍生出波前、菲涅尔区一系列必须微积分求解的混乱复杂的东西,这些看起来一点用没有,但是对计算某个点的场强矢量、进而求解反射波的一堆参数,进而搞定波束触地、最小余隙一类的东西大大有用,这些交给专业人员,我也说不明白。7 J( G8 V9 R+ ?% ?7 U

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  • TA的每日心情
    慵懒
    12 小时前
  • 签到天数: 2755 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2019-12-11 21:21:03 | 只看该作者
    理解它有点象翻柏林墙,
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  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
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    [LV.1]炼气

    板凳
    发表于 2019-12-11 22:20:59 | 只看该作者
    射电天文里面也有类似的技术,比如目前热火朝天的平方公里阵列,就是拿一堆小天线来做波束合成,最后等效成一个接收面积1平方公里的超大射电望远镜,还同时有几千个波束进行观测。不过射电天文现在是在后面用计算的方法进行数字波束合成。
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2020-1-3 00:51
  • 签到天数: 71 天

    [LV.6]出窍

    地板
    发表于 2019-12-11 23:11:29 | 只看该作者
    所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。
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  • TA的每日心情
    慵懒
    19 小时前
  • 签到天数: 3250 天

    [LV.Master]无

    5#
    发表于 2019-12-12 01:47:55 | 只看该作者
    现在最先进的功率元件的方向是氮化硅?
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 15:14
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    [LV.Master]无

    6#
    发表于 2019-12-12 02:01:16 | 只看该作者
    雨楼 发表于 2019-12-11 23:11
    & _/ g8 t+ z3 T6 R$ m* q所以搞相控阵的去搞车载毫米波/激光雷达貌似不是很难的啊。这个市场可比军品大多了。。。 ...
    # z: }$ @  S3 B- i6 a0 D
    那个的难度是怎么便宜能交货
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  • TA的每日心情
    奋斗
    18 小时前
  • 签到天数: 2998 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2019-12-12 04:57:57 | 只看该作者
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-11-6 21:16
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    [LV.Master]无

    8#
    发表于 2019-12-12 08:07:19 | 只看该作者
    以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达,当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂
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  • TA的每日心情
    慵懒
    19 小时前
  • 签到天数: 3284 天

    [LV.Master]无

    9#
    发表于 2019-12-14 11:53:57 | 只看该作者
    勤劳工作的猪 发表于 2019-12-12 08:07
    , h7 T" B! A1 K. ?+ s5 K以前看过一本电子书 讲述中国军工哪个所的一个人在世界各地搞雷达,当时记得讲各种雷达原理 深入浅出很好懂 ...
    ( p5 a, u, ^8 z
    卡宾达的灯塔
    * n/ ~+ n2 c& G+ K) S. B马里亚纳玄燕鸥

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  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 20:18
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    [LV.Master]无

    10#
    发表于 2019-12-14 12:59:24 | 只看该作者
    mezhan 发表于 2019-12-14 11:533 X2 C, O# R2 Q/ D+ L( d
    卡宾达的灯塔
    & J' q( U( H) w- O  M& w& k马里亚纳玄燕鸥

    7 B4 K% x0 w1 p  \: M. Y第一篇是美索不达米亚之眼。
    1 p+ R0 P. m; J+ v" v. ?8 ]( K马里亚纳玄燕鸥是新出的俺还没看

    点评

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    +1: 5.0
    +1: 5
      发表于 2020-1-10 13:51
    给力: 5 涨姿势: 5
    对,就是美索不达米亚之眼  发表于 2019-12-15 16:13

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    参与人数 1爱元 +8 收起 理由
    colin1992 + 8

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