相控阵

在天线理论中，相控阵通常是指电子扫描阵列，一种由计算机控制的天线阵列，可产生无线电波束，无需移动天线即可通过电子方式将其转向指向不同方向。

在一个简单的阵列天线中，来自发射器的射频电流被馈送到具有适当相位关系的多个单独的天线元件，以便来自单独元件的无线电波组合（叠加）形成波束，以增加在所需方向上辐射的功率并且 抑制不需要的方向的辐射。 在相控阵中，来自发射器的功率通过称为移相器的设备馈送到辐射元件，该设备由计算机系统控制，可以电子方式改变相位或信号延迟，从而将无线电波束转向不同的方向。 由于天线阵列的尺寸必须扩展许多波长才能实现窄波束宽度所需的高增益，因此相控阵主要适用于无线电频谱的高频端，即 UHF 和微波频段，这些频段的工作波长很方便 小的。

相控阵最初被设想用于军用雷达系统，引导无线电波束快速穿过天空以探测飞机和导弹。 这些系统现在被广泛使用，并已扩展到民用应用，例如用于手机的 5G MIMO。 相控阵原理也用于声学，声学换能器的相控阵用于医学超声成像扫描仪（相控阵超声）、油气勘探（反射地震学）和军用声纳系统。

相控阵一词在较小程度上也用于非受控阵列天线，其中馈电功率的相位以及天线阵列的辐射方向图是固定的。 例如，由多个天线杆辐射器组成的 AM 广播无线电天线被馈电以创建特定的辐射模式，也称为相控阵。

相控阵有多种形式。 然而，最常见的四种是无源电子扫描阵列 (PESA)、有源电子扫描阵列 (AESA)、混合波束形成相控阵和数字波束形成 (DBF) 阵列。

无源相控阵或无源电子扫描阵列 (PESA) 是一种相控阵，其中天线元件连接到单个发射器和/或接收器，如顶部的xxx个动画所示。 PESA 是最常见的相控阵类型。 一般来说，PESA 对整个阵列使用一个接收器/激励器。

有源相控阵或有源电子扫描阵列 (AESA) 是一种相控阵，其中每个天线元件都有一个模拟发射器/接收器 (T/R) 模块，该模块产生电子控制天线波束所需的相移。 有源阵列是一种更先进的第二代相控阵技术，用于军事应用； 与 PESA 不同，它们可以同时向不同方向以多个频率辐射多个无线电波束。 然而，同步波束的数量由于波束形成器的电子封装的实际原因而被限制为用于AESA的大约三个同时波束。 每个波束形成器都有一个与之相连的接收器/激励器。

可以将混合波束形成相控阵视为 AESA 和数字波束形成相控阵的组合。 它使用作为有源相控阵的子阵列（例如，一个子阵列可以是 64、128 或 256 个元素，元素的数量取决于系统要求）。 组合子阵列以形成完整阵列。 每个子阵列都有自己的数字接收器/激励器。 这种方法允许创建同时波束的集群。

数字波束形成 (DBF) 相控阵在阵列中的每个元件处都有一个数字接收器/激励器。 每个元件的信号由接收器/激励器数字化。 这意味着天线波束可以在现场可编程门阵列 (FPGA) 或阵列计算机中以数字方式形成。 这种方法允许同时形成多个天线波束。

共形天线是一种相控阵，其中各个天线不是排列在平面中，而是安装在曲面上。

由于天线元件在表面上的位置不同，移相器补偿波的不同路径长度，从而使阵列能够辐射平面波。 共形天线用于飞机和导弹，将天线集成到飞机的曲面中以减少空气阻力。