阵列天线TR(发射/接收)技术是阵列天线实现信号发射与接收功能的核心,以下从主要方案、功能、组成器件、主要指标、结构类型几个方面展开介绍:
主要方案
有源相控阵天线使用的阵列TR组件,主要通过精确控制每个天线单元的发射和接收信号,实现波束扫描、波束赋形等功能,以满足雷达、通信等系统对天线性能的高要求。
主要功能
- 信号幅度和相位调整:通过调整阵元之间的幅度和相位,实现天线在空域内的扫描。在雷达发射状态下,多为饱和功率输出,通过相位调整实现空间探测;接收状态时,要实现特定的波束赋形,幅度和相位调整都是必需的。
- 发射和接收信号切换:一般雷达收发共用天线,具备接收和发射两种工作状态,T/R组件可实现发射和接收两种信号切换、功率放大及两种状态分时工作。
组成器件
- 衰减器:用于调整阵元之间的幅度,实现天线波束赋形。
- 移相器:调整阵元信号相位,实现雷达角度扫描。
- 收发开关:实现发射与接收两个方向信号传输路径切换。
- 驱放(驱动放大器):位于发射支路,对激励信号能量放大用以驱动后级功率放大器。
- 功放(功率放大器):确保由天线发射大功率的射频信号。
- 环行器:为射频信号单一方向传输器件,用于与天线传输的信号方向选择。
- 限幅低噪放(限幅低噪声放大器):位于接收支路,实现将天线接收的微弱信号进行低噪声放大,提升雷达系统灵敏度;此外能够对接收信号大功率进行有效防护,增强组件可靠性。
- 放大器:对于接收的微弱信号在低噪声放大基础上进一步进行功率放大。
主要指标
- 输出功率:T/R组件发射输出能力,与雷达探测性能相关,大多数为脉冲输出功率。
- 效率:输出功率及功耗的比值,主要与末级功放的PAE(功率附加效率)相关,提升效率是永恒追求。
- 噪声系数:表征接收通道接收信号灵敏度,为输入端信噪比与输出端信噪比比值,噪声系数越小,系统灵敏度越高,探测能力越强。
- 输入P - 1:表征接收动态范围,为接收通道增益随着输入功率增加降低1dB时的输入端口信号功率。提高输入P - 1可以提升雷达工作动态范围,在一定程度上提升抗干扰能力。
- 寄生调相与调幅:由衰减器和移相器产生,如在幅度调控中,不同状态时器件自身产生相位偏移,在相位调控中,不同状态时器件自身产生幅度偏移,这两种寄生偏差会影响雷达天线方向图指标。
- 收发转换时间:脉冲体制雷达,接收状态和发射状态分时切换工作,通过电源调制电路实现,电源脉冲调制工作时收发通道器件上电和掉电速率决定了T/R组件收发转换时间。上电和掉电速率受多个因素影响,对于一些特殊情况探测要求要严格控制此转换时间。
结构类型
- 砖式T/R组件:体积大,采用金属盒体封装,安装到散热板的背板上,接触面积大,便于良好散热,多为大功率输出应用背景。
- 瓦片式T/R组件:结构紧凑体积非常小,多用于超小型和共形雷达,采用高密度封装与三维垂直互连技术,由于散热措施有限,主要应用于小功率情况。