1。1  相控阵雷达简介

相控阵技术满足了高性能、高生存能力雷达的需求，已经成熟运用于各种战术雷达。提高对目标的分辨识别能力和实现目标的雷达成像要求越来越大的瞬时信号带宽，然而传统的相控阵雷达通过控制信号的相位延迟信号在宽带运用的效果并不好。1。1。1节通过简要分析相控阵扫描的原理，引出相位控制难以实现较大带宽的问题。 

1。1。1  相控阵基本原理

相控阵是指相位控制的阵列，相控阵天线有多种形式，本文以形式最简单的线阵来讨论。线阵扫描原理如图 1。1 所示。

图1。1 相控阵线阵扫描原理[10]

线阵顾名思义是所有单元都排在一条直线上的阵列，假设有N个单元均匀排列，相邻单元的间距为d。设第i个天线单元的激励电流为In(n=0,1, N-1)，根据远场区某方向上的电场叠加结果，能推出瞬时电压幅值方向图。方向图最大值对应的角度即为波束指向：

其中为设计频率,为工作频率。工作频率等于设计频率时,方向图最大指向的角度即为波束指向 。工作频率不等于设计频率时，移相器通常无法随频率改变瞬时改变相移值，因此波束指向发生偏移，这就是相控阵天线的“孔径效应”。论文网

当信号频率从变成，波束指向偏转的角度：

由式(1-2)很容易看出，波束指向偏移的角度随着信号带宽的增加而增大，由于波束的偏移角有一定限制，信号的瞬时带宽就不能过大。同时，对应相同的信号带宽变化，扫描角越大，偏移角度也会越大，这就使得扫描角受限。此外，不同频率的信号具有不同的时间延迟,会引起雷达波束扫描不准。

当要实现的波束指向，相邻天线的相位差应为，那么第个天线单元和零号参考单元的相位差：

因此，线阵两端单元收到同一方向的同一目标的信号存在时间差，这就是阵列的“孔径渡越时间”。 若一个信号带宽为，的倒数仍旧小于孔径渡越时间，则阵列两端的天线不可能同时收到信号。这会导致各天线单元合成的信号包络变形，影响信号品质。

1。1。2  数字宽带相控阵雷达

数字阵列雷达[3][4][5][6](Digital Array Radar，DAR)的特点是接收和发射波束都采用数字波束形成技术，它可以更容易解决上述问题，相控阵雷达的数字化是当今研究的趋势。数字波束的形成和接收过程中都需要用到数字时延，数字时延的优点是：在一定范围内不同频率的信号有相同延时。这能有效解决孔径渡越时间问题，也更易实现宽角度扫描。

目前，为实现数字时延，有以下几种探索方向：

1)数字延迟芯片

数字时延芯片通过多位量化，实现多路不同的延时。系统产生的同步脉冲通过芯片后，就能形成多路不同步脉冲。再由这些脉冲去触发，就能实现数字波形的产生或接收。从原理上看，这种工作模式对系统时钟的精度要求很高，只能实现较为粗略的延时分辨率。

2)频域线性相位加权[13]

首先对每个阵元接收的数据进行AD转化，再通过快速傅立叶变换(Fast Fourier Tranform,FFT[22])转变到频域。细分成很多窄带后，对每个频率点进行线性加权。最后通过IFFT重新转换为模拟宽带时延信号。这种方法的优点是可以并行处理数据，但要实现高精度就要大运算量和存储空间。

3)分数时延滤波器[14]

由式(1-3)可知，相控阵里每个单元移动的相位不一定是2的整数倍，即在时域上不是正好移动一个周期。从时域上看，就是需要分数倍周期的延时。当波形为数字合成时，就需要实现分数倍的采样周期。分数时延滤波器正是基于这种想法研究发展起来的。这种方法运算量小，精度较高。