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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?
    5 I6 C7 E! y8 P0 b+ Z5 k6 ^
    ( b8 X- S4 x: u' U- M; ?) B) |相控阵,顾名思义,就是以相位控制波束的天线阵列。
    " }3 p3 T' q$ h, u" B
    $ x6 B" R) M8 i7 _! F1 Z% R% [相位为什么能控制天线波束?- c' I; S9 n! a! W! p. G

    3 U" o7 p' ?; q7 O; v; Y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)。
    6 p& V# a1 t( W
    6 v: v, q2 q1 N# p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。
    ) |6 I9 H* j. W* @( _- ?# X1 e
    # d+ W& ]0 }5 z* Q' k  [" R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。  B) v) y; j. k' p

    . V* d( ]8 z4 M( K1 Y8 U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。' L/ o0 b/ G& m7 X

    : R# p( Z: B" ~* A; L/ [4 s* a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。, l4 l' k6 p% W, o+ E- `
    我们回到相位上面。
    7 }4 e- e: _, c  q; j% S% P' ?" k6 S: f6 J0 I7 b
    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。
    + R+ \0 \2 P: {8 O; H; o. e. }5 Y, J1 p: D
    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。7 K% O2 O+ Z2 B
    ! l, a9 X# a7 {) b  ^" h4 g0 c) r
    那你要搞好多波源出来,怎么搞是大问题。# N7 X' @, ~" T7 {6 M9 j8 r+ v

    ; d2 l+ ]; R* [6 n0 c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。4 A8 G2 c* S, o2 `
    . O- h( f9 M2 }4 r* L4 G; k
    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。
    7 A0 e8 N, z" c2 V9 C7 ~0 a4 c8 X9 J
    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。& i! b4 |( B; b" K7 M0 Y3 j! i
    ' ^% V6 ~6 l# h7 w2 [& 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。7 e# N6 ^# a, [0 g
    9 w% G5 M3 |* d- M
    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。
    / }; e( X9 ^& ?7 S# H/ Y3 l

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  • TA的每日心情

    11 小时前
  • 签到天数: 2733 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
  • 签到天数: 1 天

    [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: 3227 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
    18 小时前
  • 签到天数: 1546 天

    [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 23:114 i5 C" l: r8 l6 e! N6 E
    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。。。 ...

    7 m* V4 Q& p, q6 X3 V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
    19 小时前
  • 签到天数: 2978 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
    2024-10-28 08:21
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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: 3261 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 08:077 @' C3 S5 M/ ]+ Q" ?' e' }
    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 ...

    0 w+ Z- q$ c" B/ R9 \: [7 X卡宾达的灯塔
    0 `7 n. n6 e' H% _% z- T马里亚纳玄燕鸥

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  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 08:21
  • 签到天数: 2025 天

    [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 11:53
    ; w8 b$ O+ J7 J, r+ Y9 u& V2 U卡宾达的灯塔
    ; s0 S  U$ _9 Q% d; K+ Z! l马里亚纳玄燕鸥

    ( n, ~) R0 r8 ]/ _第一篇是美索不达米亚之眼。
    . W5 J5 d& F' _. D+ M3 i马里亚纳玄燕鸥是新出的俺还没看

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      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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