宽带电子扫描阵列需要解决的问题

对于窄带电子扫描阵列的实现，中心频率可用于计算整个阵面的相位变化。然而，对于宽带，使用信号带宽内的实际频率是十分重要的。因为波前对于阵列的每个增量都是滞后的，所以不能使用相位校正，应该采用实际距离除以光速。

最精确的方法是对每个单元进行真实的时间延迟，如图所示，利用平面前端到每个单元的距离计算时延。对于宽扫描角或者超宽带波形，该方法需要较长的时延。对于较低的频率，阵列排列稀疏，可以对每个单元使用真正的时延。然而，此方法对微波频率不可行，因为这会大大增加时延单元的数量。

宽带阵列扫描

因此，对于微波频率，利用装有移相器的子阵，将时延单元安装在子阵的输出端，如图所示。子阵的大小应该使得在最大扫描角下，子阵的时延最小。其目的是为了使子阵的扫描角度不超过指定角度或主波束宽度。每个子阵接收信号都受到雷达系统相干性的限制。

线性宽带阵列

超宽带均匀线性子阵的指向包含两个控制参数。一个是子阵的方向图，此处的方向图是指不同频率下的指向角度。通过合理选择子阵的尺寸，使得在整个带宽内，子阵之间没有足够的时延影响波束的形成。

第二，需要评估阵列因子，对于不同的扫描角，利用数字延时器在适当的时延处提供准直信号。延时器使得波束指向摆脱了孔径的影响。有了如今的高速数字处理，同时采用延时器和各子阵列自适应加权（对于M个独立的波束），使得超宽带天线能够用于多波束结构。

接下来，利用解析表达式来解释图示的阵列指向方法。阵列因子表示阵列中每个单元的指向，方程右边的部分表达的是子阵的方向图。公式表示，在指向的过程中，实际波长与中心频率的波长有分离。

多波束数字处理

通常情况下，只有在宽频带上保持恒定的相位波前，才能结合相位和时延进行指向。阵列的线性相位将使得波束偏转。子阵处的时延将改善整个频带上任何波束的偏转。因此，需要进行详细的设计分析，确保延时器能够补偿通道在整个方位或俯仰转向过程的任何色散。

数字波束形成的优势在于，在每一个单元或者子阵上，能够基于ADC的数字输出进行多波束合成。一旦信号转换成奈奎斯特率的数字信号，就能通过快速傅里叶（FFT）变换，将其由时域信号转换成频域信号。在多普勒或者k空间中，多个波束被合成并通过数字指向，从而覆盖搜索区域的空间范围，如图所示。

本文来自于《Ultra-Wideband Surveillance Radar》，英文原文共413页，需要的请点击“阅读原文”：

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