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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?/ d) E  d# d! B4 r+ p; e# \
    5 x6 p5 q; `4 w5 A
    相控阵,顾名思义,就是以相位控制波束的天线阵列。8 m& l' w- ?( r2 G) M

    1 `. z. A: E% Y9 e' ^% H% J相位为什么能控制天线波束?
    : r% r4 i, G7 t" f6 q1 w2 k! K
    5 B- |6 Q: ?7 r, c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)。9 U5 m( G7 R4 L5 ?2 _) B+ N
    $ a) s; U$ |$ r1 f" f
    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。  q" V/ D7 }( ~, H$ ?

    $ g# `8 J0 Y$ V% [6 d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, _# H6 U  I+ j: W& _" x% m  [
    6 m* N- q6 b+ b4 `7 G
    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。1 p; b8 P8 z) O4 z8 j) c3 x
    / i1 ?- V0 l/ a- v" V
    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。' ^: `( J  j2 ^
    我们回到相位上面。, q0 ]" r& ?4 C; X; d- Y) }( P
    , C. u- H, B& x: L
    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。
    ! h# X0 ?: S5 U6 @: d( e# W2 z# n% f
    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 _0 l7 D9 K. h
    . s& v" X" B$ @, G. R那你要搞好多波源出来,怎么搞是大问题。7 x$ u, A, _% E7 F4 j7 h6 z

    ; A) z9 K9 n  T4 X) }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。
    0 x, m1 H) T1 D7 w% s  m0 i( [$ J. h! n: V! h: p% c
    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。" z6 }8 |) b) h4 s1 @7 P

    7 @" `4 h( y0 [) E9 T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。! \1 z8 u  {# P& E

    0 e* S! J$ ]3 C: _3 c. ]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。* O* c& h3 W1 l- o+ g

    # T6 B  n" y) Z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。9 n, ]( @& y- S: C. O: L& Z

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  • TA的每日心情

    7 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
    14 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
    13 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 23:111 w$ Z* p6 a7 g- p$ Z4 C  N
    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。。。 ...

    , {' d3 x) v0 Q8 s6 p6 Z6 G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
    14 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
  • 签到天数: 1737 天

    [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
    14 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 08:07$ j2 ~% I& f8 G- Y- m/ f
    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 ...
    1 Z* v# X8 U7 g: H4 ^! l# d$ _4 o
    卡宾达的灯塔
    & c: w1 c  t7 k' p1 B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 11:535 [9 |7 P" R$ D4 d2 Y# {
    卡宾达的灯塔
    : w2 P$ b9 t, \- \! W. _马里亚纳玄燕鸥
    ; ~9 V7 ^! F2 l& `4 i8 }7 j
    第一篇是美索不达米亚之眼。
    ; O" m7 M0 B4 d  l' Q( v' {4 b1 r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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