有源相控阵天线相较于无源相控阵天线,在多个方面具有显著优势,而无源相控阵天线则存在一些固有缺点,以下是对两者的详细比较:
有源相控阵天线的优势
- 小型化与轻型化:有源相控阵天线使用微波集成的方法,将移相器、滤波器、衰减器、功放和低噪放等集成在芯片中,实现了设备的小型化、轻型化。
- 高波束指向精度:有源相控阵天线波束指向精度较高,且具备一定的波束旁瓣抑制能力。
- 高可靠性:有源相控阵天线的阵列组件较多且并联使用,即使部分组件功能丧失,系统仍能正常工作,极大提高了系统的可靠性。当20%以上收发组件失效后才会严重影响雷达性能,而有源相控阵雷达天线的发射机直接分布在天线阵面上,每个阵元相当于一部小型发射机,馈线损耗小,探测距离更远。
- 灵活的波束控制:有源相控阵天线每个天线阵元都有独立的T/R组件,每个T/R组件都包含一个移相器和放大器,通过调整从每个天线阵元发射信号的相位和幅度来形成波束,可以同时在多个频率上以不同方向形成多个波束,整个过程都是电子控制完成。
- 高增益与低旁瓣:有源相控阵天线以其高增益、低旁瓣以及波束赋形等突出优点,在卫星及终端中得到广泛应用。
无源相控阵天线的劣势
- 体积大、重量重:无源相控阵天线所有的阵元共用一个发射/接收单元,结构和功能相对简单,但导致其体积较大,重量较重,非常不适合应用于卫星等对重量和体积有严格要求的场景。
- 损耗大:无源相控阵天线表面的阵元只有改变信号相位的能力而没有发射信号的能力,信号的产生需要依靠天线后方的信号产生器,然后利用波导管将产生的信号送到放大器上,再传送到阵列单元上面,接收时则反向而行。这一过程中,发射馈线损耗较大,降低了天线的效率。
- 可靠性低:无源相控阵雷达天线系统的发射机与天线分离配置,所有阵元由共同的发射机通过波导管将射频能量馈送至天线。一旦发射机或波导管因故障等受损,整个相控阵雷达天线系统将失效。
- 波束控制能力有限:与有源相控阵天线相比,无源相控阵天线的波束控制能力较弱,难以实现灵活的波束赋形和快速扫描。