雷達天線系統及天線陣列

2022-01-13 雷達通信電子戰

為了滿足雷達系統對距離,覆蓋範圍和解析度的要求,雷達天線需要根據波束形狀,波束寬度,旁瓣電平和方向性生成不同類型的波束,波束指向期望的方向。

天線技術經歷了多種變化,與各種軍事應用中複雜雷達系統的發展相適應。天線系統的發展已經根據所需的波束寬度,旁瓣電平,增益和其他天線特性的天線波束如何被引導以給出雷達所需的體積覆蓋範圍而被分類。

DRDO開發了以下雷達天線技術:

機械掃描雙曲面反射天線系統-I

為了滿足檢測在非常低的高度飛行到高海拔地區的目標的要求,在沒有仰角掃描天線波束的情況下,開發了一種雙曲面反射器天線系統,用以在方位上產生非常窄的筆形波束並且在仰角情況下也能保證波束成形。


它具有高增益天線採用支持雙極化的高效corrugated horn設計,使得旁瓣電平非常低。

機械掃描雙曲面反射天線-II

為了滿足方位角平面上約5°的雷達波束寬度和仰角平面上的成形波束的要求,並且滿足接近地平面和高度達6000米的目標的檢測要求,雙曲面反射器天線已經被設計和開發出來。


該天線使用小的零部件代替單片結構,從而實現快速拆分和封裝,以便在山區快速安裝和重新部署。

機載雷達的機械掃描跟蹤波導陣列天線

為了滿足各種機載雷達嚴格的電氣和機械要求,DRDO開發了一種基於廣泛電磁建模的設計方法,該方法採用矩量法(MoM)和有限元方法技術,提供了高度的準確性。

有了計算機輔助設計(CAD)工具,計算機控制的槽加工和製造方法也被開發出來。此外,還開發了各種臨界連接工藝,如浸焊,真空釺焊,粘合劑粘合等,用以連接四層天線。

該技術使該國在波導陣列領域實現完全自主設計和生產。該技術產品不僅被用於由DRDO開發的各種機載/飛彈雷達,同時還用於出口。

用於多模雷達的平板天線系統

顯著特點:

X波段

垂直極化

用於增強帶寬的分組和多層饋送網絡

雙機單脈衝能力

精密的釺焊加工

海上巡邏雷達水平極化開槽波導天線

顯著特點:

X波段

水平極化

用於增強帶寬的分組和多層饋送網絡

Az平面單脈衝能力

使用精密加工和粘合劑粘合進行加工

增益:> 30 dB

功率處理:10kW(峰值)

尺寸:1200 x 250毫米,重量:3公斤

導引頭的單脈衝陣列天線

顯著特點:

Ku波段

非標準縮小的高度波導的緊湊性和輕量化

使用精密加工和粘合劑粘合進行加工

成像導引頭陣列天線

顯著特點:

開發用於海軍的3D監視雷達的多波束天線能夠從單個孔徑以不同方向形成多個波束。

MBA能夠形成方位角非常低的旁瓣窄波束,在所需的仰角覆蓋的發射操作模式期間形成仰角的成形波束,並且在從單個孔徑接收期間同時在仰角中形成具有不同波束寬度的多個低旁瓣波束。

用於非常低的旁瓣筆形光束的方位角的空氣介質帶狀線饋電三平板偶極子陣列的平面陣列,在傳輸操作模式期間形成仰角近似餘象平方圖案的成形波束形成網絡,同時已經設計和開發了Blass波束形成網絡在接收操作模式期間同時生成典型的六至八個波束的技術。

同時,陣列中的多波束形成在雷達的高度探測中起著重要作用。已經開發出綜合CAD方法來實現用於遠距離3D監視雷達的超低旁瓣多波束三板偶極陣列天線系統。

該技術已成功應用於三維雷達的本地多波束天線系統,提供40°的仰角覆蓋,一個成形的發射波束和七個多波束(空中力量的三維監視雷達)疊加,疊加50°八到九個多波束(海軍用三維監視雷達),以及九個多波束(3D-TCR)疊加覆蓋範圍超過50°。

超低旁瓣三板偶極陣列

已經使用CAD實現了使用集成有48個三板偶極子的空氣介質帶線饋電網絡作為輻射元件的線性陣列。已經發展了特殊的設計方法和饋電網絡設計的非對稱拓撲以實現低SLL。整個網絡是由T形接頭和改進的混合環形功率分配器組成的子網絡的組合。


在設計中考慮了用於支持帶狀線和所有機械公差的鐵氟龍支架以實現高效製造。32個這樣的線性陣列已被用於製作1.6米×4米的平面陣列。已經開發了用於平面陣列的環境密封的合適的天線罩。

天線陣列具有超過15kW的峰值功率處理能力,對於非常寬的操作頻帶,峰值旁瓣電平非常低-35dB或更小。該陣列採用精密加工和EDM線切割技術製造,以實現度量。它已經在近場測試範圍內進行了測試。

異形波束成形網絡


DRDO設計,製造並評估了基於無標準的情況下,低高度波導不平等功率分配網絡和集成高功率電纜的緊湊,輕便,高功率成型波束天線饋電網絡。整個波束形成器是通過加工單個鋁塊上的波導通道實現的。

Blass多接收波束形成網絡

接收波束形成器已經使用Blass矩陣設計和開發,以在接收期間在仰角平面中的預先固定位置產生具有不同波束寬度的七至八個低旁瓣波束。

它使用7到8個空氣線路圓柱形定向耦合器通道作為改進的Blass矩陣,通過相互連接的真正延遲線在特定波束指向位置形成7個波束。


已經對饋電網絡進行了嚴格的評估,並且已經獲得了在500MHz頻帶上的峰值旁瓣電平優於-30dB以及束指向精度小於0.1°。

微帶天線

微帶天線陣列與傳統的波導縫隙陣列天線相比,基於薄型輕便的印刷天線技術,因此為人體可攜式監視雷達的應用提供了主要優勢。天線陣列更容易製造並具有優異的電氣性能,如頻率帶寬,回波損耗和模式特性。

微帶天線陣列

寬帶微帶天線陣已經被設計和開發,作為在Ku波段工作的合成孔徑雷達(SAR)的輻射陣列。天線陣列的設計和開發符合機載系統嚴格的電氣和結構要求。堆疊的補丁已被用作陣列中的基本輻射元件以實現寬帶寬。


為了實現設計目標,已經實現了由I層中的寄生補丁,II層中的Roha單元和III層中的饋電網絡的微帶貼片組成的三層架構。

用饋電網絡對較低補丁進行分組有助於實現帶寬要求。DRDO設計並製造了貼片層,使用光刻技術的帶狀線功率分配器。寬帶寬系統在兩個平面上的旁瓣電平均優於-22 dB,並且天線單元的增益高於30dB。

微帶貼片單脈衝天線陣列

該天線具有非常低的峰值旁瓣,具有高增益,更寬的阻抗和模式帶寬。為了滿足功能和機械要求,E形貼片輻射元件的平面陣列已經分布在圓形孔徑上。


天線陣列基本上包括印刷在兩個不同電介質基底上的輻射元件和饋電網絡。饋電網絡與三個改進的混合環集成在Az和El平面上形成單脈衝。該設計採用同軸探針饋送和開槽貼片技術。

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