相控陣?yán)走_(dá)饋線技術(shù)作者簡介

殷連生江蘇泰興人，研究員，高級工程師，中國電子學(xué)會高級會員，電子部有突出貢獻(xiàn)專家。享受國務(wù)院津貼。1964年畢業(yè)于南京航空學(xué)院(航空航天大學(xué))無線電系，歷任南京電子技術(shù)研究所預(yù)先研究部天線微波研究室主任，地面雷達(dá)研究部主任工程師，江蘇省激光、光電子學(xué)會會員等。20世紀(jì)60年代參與中國第一部大型相控陣預(yù)警雷達(dá)的研制，負(fù)責(zé)其饋線系統(tǒng)設(shè)計(jì)，攻克高功率微波數(shù)字式移相器和微波大系統(tǒng)相移的精確測量等關(guān)鍵技術(shù)，20世紀(jì)80年代負(fù)責(zé)中國第一部固態(tài)三坐標(biāo)雷達(dá)饋線系統(tǒng)的研制，解決低副瓣天線所需的低損耗、輕重量和差饋電網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。20世紀(jì)90年代負(fù)責(zé)固態(tài)有源低副瓣相控陣?yán)走_(dá)陣面研究，解決相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中雷達(dá)天線副瓣引起對敵我識別天線主瓣的穿透等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題。先后獲得電子部科技成果特等獎和全國科學(xué)大會獎各一項(xiàng)，國家發(fā)明三等獎一項(xiàng)，電子工業(yè)部科技進(jìn)步二、三等獎各一項(xiàng)。在國內(nèi)外發(fā)表論文四十余篇，參與編著《空間目標(biāo)探測相控陣?yán)走_(dá)》一書，參與翻譯校對《射頻與微波手冊》一書等。主要研究方向是微波與雷達(dá)饋線技術(shù);低副瓣有源相控陣天線的饋電系統(tǒng)和T/R組件技術(shù);微波大系統(tǒng)幅相精確測量和校正技術(shù)等。

饋線是雷達(dá)中不可缺少的最為重要的分系統(tǒng)之一，在相控陣?yán)走_(dá)中占有特別重要的位置，除系統(tǒng)復(fù)雜外，現(xiàn)有相控陣?yán)走_(dá)的許多特有功能，如電掃描、多波束、波束賦形和副瓣電平控制等都由饋線來實(shí)現(xiàn)。本書著重介紹相控陣?yán)走_(dá)饋線系統(tǒng)、饋電網(wǎng)絡(luò)、移相器與控制電路、T/R組件等眾多關(guān)鍵部位的特點(diǎn)、功能、性能指標(biāo)、工作原理和設(shè)計(jì)方法，并給出相控陣饋線的一些幅相測試方法，有源相控陣天饋線系統(tǒng)的幅相監(jiān)測與校正的原理和應(yīng)用。

《相控陣?yán)走_(dá)饋線技術(shù)》對相控陣饋線的理論與技術(shù)基礎(chǔ)以及發(fā)展趨勢和新技術(shù)的應(yīng)用等也作了較詳細(xì)的介紹。該書的設(shè)計(jì)性和實(shí)用性對從事雷達(dá)饋線系統(tǒng)技術(shù)研究和制造的工程技術(shù)人員是一本很有價值的工具書，也是從事雷達(dá)裝備使用與維護(hù)的雷達(dá)部隊(duì)官兵系統(tǒng)學(xué)習(xí)相控陣饋線知識的參考書，并可作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生和碩士研究生的教材和參考書。

第1章相控陣?yán)走_(dá)饋線

1.1引言

1.2移相器與相控陣?yán)走_(dá)天線的電掃描

1.3相控陣?yán)走_(dá)的饋電方式

1.4多波束

1.5頻掃陣的慢波線

1.6有源相控陣?yán)走_(dá)饋線

參考文獻(xiàn)

第2章雷達(dá)饋線系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1均勻傳輸線

2.2均勻傳輸線方程及其正弦穩(wěn)態(tài)解

2.3輸入阻抗、反射系數(shù)和電壓駐波比

2.4均勻傳輸線的工作狀態(tài)

2.5TEM波傳輸線的常用公式

2.6史密斯圓圖的構(gòu)成及其應(yīng)用

2.7傳輸線的阻抗匹配

參考文獻(xiàn)

第3章雷達(dá)饋線常用的傳輸線

3.1引言

3.2矩形波導(dǎo)

3.3脊波導(dǎo)

3.4圓波導(dǎo)

3.5同軸線

3.6帶狀線

3.7微帶線

3.8其他形式的微波傳輸線

參考文獻(xiàn)

第4章并饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

4.1引言

4.21/4波長階梯阻抗變換器

4.3簡單的功率分配器

4.4二路隔離式功率分配器

4.5N路隔離式功率分配器

4.6徑向輻射型功率分配器

4.7寬帶功率分配器

4.8波導(dǎo)功率分配/合成器

4.9波導(dǎo)魔T

4.10同軸線魔T

4.113dB混合環(huán)

4.12微帶魔T

參考文獻(xiàn)

第5章串饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

5.1引言

5.2單節(jié)耦合傳輸線定向耦合器

5.3微帶線定向耦合器與它的方向性

5.4寬帶弱耦合同軸線定向耦合器

5.5微帶線3dB電橋

5.6重耦合3dB電橋

5.7高功率寬邊耦合帶狀線3dB電橋

5.8孔隙耦合定向耦合器

5.9波導(dǎo)窄壁耦合裂縫電橋

5.10波導(dǎo)寬壁耦合裂縫電橋

5.11矩形波導(dǎo)FE10、TEM模電橋

5.12微帶線和槽線組合構(gòu)成的定向耦合器

5.13串饋功率分配器

參考文獻(xiàn)

第6章機(jī)-相掃雷達(dá)饋線中的微波旋轉(zhuǎn)接頭

6.1引言

6.2圓波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

6.3OdB波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

6.4探針式波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

6.5門鈕式波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

6.6重入式同軸線諧振腔旋轉(zhuǎn)接頭

6.7低通濾波器型同軸線寬帶旋轉(zhuǎn)接頭

6.8同軸線扼流式寬帶旋轉(zhuǎn)接頭

6.9雙路同軸線旋轉(zhuǎn)接頭的隔離度分析

6.10旋轉(zhuǎn)接頭的扼流結(jié)構(gòu)和軸承的位置

參考文獻(xiàn)

第7章移相器和微波控制電路

7.1引言

7.2PIN二極管及其等效電路

7.3PIN二極管的功率容量

7.4PIN二極管的開關(guān)時間

7.5單路PIN二極管開關(guān)

7.6PIN二極管電控衰減器

7.7微波限幅器

7.8PIN二極管移相器

7.9變?nèi)荻O管移相器

7.10鐵氧體移相器

參考文獻(xiàn)

第8章T/R組件與TR組合單元

8.1有源相控陣與T/R組件

8.2T/R組件的組成和工作原理

8.3T/R組件的主要技術(shù)要求

8.4實(shí)用T/R組件舉例

8.5T/R組件的設(shè)計(jì)

8.6T/R組件與微電子技術(shù)

8.7微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)在微波集成電路和相控陣中的應(yīng)用

8.8T/R組件的發(fā)展趨勢

8.9TR組合單元的基本組成和工作原理

8.10TR組合單元的主要技術(shù)要求

8.11TR組合單元的設(shè)計(jì)

8.12功率放大器的幅度均衡和均衡器

參考文獻(xiàn)

第9章微波晶體管放大器的設(shè)計(jì)

9.1引言

9.2微波晶體管低噪聲放大器設(shè)計(jì)

9.3平衡式低噪聲放大器

9.4微波晶體管功率放大器設(shè)計(jì)

9.5微波晶體管功率放大模塊

9.6微波晶體管功率放大器輸出功率的控制

9.7器件的發(fā)展促進(jìn)功率放大組件和固態(tài)發(fā)射機(jī)的進(jìn)步

參考文獻(xiàn)

第10章相控陣?yán)走_(dá)饋線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

10.1引言

10.2波束最小躍度與移相器虛位技術(shù)

10.3饋線系統(tǒng)中的失配引起的駐波副瓣

10.4饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

10.5低副瓣有源相控陣面天線和饋線系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)

10.6T/R組件與饋電網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)

10.7高可靠性的有源相控陣面的構(gòu)成

參考文獻(xiàn)

第11章計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

11.1引言

11.2微波電路的計(jì)算機(jī)輔助分析

11.3電磁場的計(jì)算機(jī)輔助分析

11.4微波電路的最優(yōu)化設(shè)計(jì)

11.5微波電路的敏感度與公差分析

11.6微波CAD軟件的應(yīng)用舉例

參考文獻(xiàn)

第12章相控陣?yán)走_(dá)饋線的幅相測量、監(jiān)測與校正

12.1引言

12.2微波自動網(wǎng)絡(luò)分析儀簡介

12.3T/R組件和TR組合單元的自動測試系統(tǒng)

12.4調(diào)制副載波測相法

12.5調(diào)制反射波測相法

12.6雙電纜測相法

12.7交叉換位測相法

12.8相移測量的自校法

12.9陣面近場幅相自動測量與調(diào)整

12.10陣面校正系數(shù)的測量與應(yīng)用

12.11中場幅相測量與校正

12.12陣面幅相測量與校正的互耦法

12.13相控陣?yán)走_(dá)饋線系統(tǒng)的幅相監(jiān)測

參考文獻(xiàn)

符號表

縮略語

不同廠家超聲相控陣設(shè)備的功能、操作及顯示方式等各不相同，但是檢測應(yīng)用基本相同。本文現(xiàn)以以色列Sonotron NDT 公司生產(chǎn)的相控陣設(shè)備(即ISONIC-UPA) 應(yīng)用為例來分析介紹。ISONIC-UPA 設(shè)備有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，不同于其他廠家的相控陣設(shè)備，體現(xiàn)了超前的理念。

1 角度補(bǔ)償

傳統(tǒng)工業(yè)相控陣定量方法不具有角度、聲程、晶片增益修正技術(shù)，多晶片探頭通過楔塊入射到工件內(nèi)部時存在入射點(diǎn)漂移現(xiàn)象和能量分布變化。采用單一入射點(diǎn)校準(zhǔn)方式與常規(guī)距離-波幅曲線修正，造成的扇形掃查區(qū)域中能量分布不均勻及測量誤差等問題未能有效解決，如圖7 所示。而ISONIC-UPA 相控陣設(shè)備具有角度補(bǔ)償功能，能有效地解決此類問題。

所謂角度補(bǔ)償就是針對不同的聚焦法則，輸入扇形掃查所需的角度范圍及入射角度的增量后，晶片可以分別進(jìn)行角度增益調(diào)整，也就是晶片角度增益修正。

有了角度增益補(bǔ)償設(shè)置功能，可以取代傳統(tǒng)的通過設(shè)置DAC曲線的方法來補(bǔ)償增益變化。在ASME Case2557 標(biāo)準(zhǔn)中明確指出進(jìn)行扇形掃描時要進(jìn)行角度增益補(bǔ)償。角度增益補(bǔ)償曲線如圖8所示，經(jīng)過角度補(bǔ)償后得到的等量化數(shù)據(jù)。

2 二次波顯示

傳統(tǒng)相控陣扇形掃查采用單純的聲程顯示，不能顯示缺陷的真實(shí)位置。這種成像模式將處在二次波位置上的缺陷轉(zhuǎn)換成一次波位置進(jìn)行成像顯示，給分辨缺陷的具體位置增加難度，不能直觀給出缺陷真實(shí)位置。對于檢測角焊縫、T 形焊縫、K形焊縫及Y 形焊縫無法顯示真實(shí)成像結(jié)果，使該成像模式的應(yīng)用受到限制，僅能用于檢測對接接頭。

而ISONIC-UPA 采用二次波檢測成像顯示模式，成像結(jié)果與真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)一致。這種成像模式能直觀顯示缺陷的位置及被檢工件焊縫的真實(shí)結(jié)構(gòu)，這是聲程顯示成像模式無法比擬的。