數字陣列雷達基礎知識

數字陣列雷達可實現發射波形產生與接收信號處理的全數字化處理，在發射時由數字波束形成器給出發射波束掃描所需的幅度和相位控制字，在波形產生時預置相位和幅度，經上變頻與放大後由輻射單元發射出去，信號在空間進行功率合成。

數字陣列雷達在發射端用直接數字頻率合成技術(DDS)在數字域形成發射波形，在接收端用模/數轉換器(A/D)將接收的模擬信號變為數字信號，進行後續處理。

01
DDS基本原理
數字陣列雷達的發射系統也是一個多通道系統，每個天線單元對於一路數字T/R通道，通過改變每個通道DDS產生波形的初始相位來控制陣列相位，達到控制波束指向的目的。每個通道的信號參數(例如頻率、帶寬、時寬和調頻形式等)都獨立可控，因此波束形成的靈活性很好。
DDS已廣泛應用於信號產生器、電子戰、數據數字傳輸等場合。其關鍵部件包括：數模轉換器、相位累加器、存儲器等。
DDS的優點有：頻率轉換速度快、頻率步長精確、相位連續、輸出平衡無瞬變過程，同時它還具有結構簡單、體積小、重量輕和成本低等優點。

DDS系統的核心是相位累加器，其內容會在每個時鐘週期更新，存儲在相位寄存器中的數字M就會累加至相位寄存器中，相位累加器的截斷輸出用作正弦(或餘弦)查找表的地址，每個地址對應正弦波從0~360度的一個相位點，相位信息通過查找表映射至數字幅度字，進而驅動DAC。

對於n位的相位累加器，存在2的n次方個可能的相位點，如果時鐘頻率為fc，則輸出正弦波的頻率計算公式如上圖中所示。

在實際DDS系統中，通常相位輸出會被截斷，這樣可以大大減小查找表的大小，並且不會影響頻率分辨率，但是會最終輸出會增加相位噪聲。當改變M的值，頻率可以立即改變，不會出現相位不連續，加載頻率字到緩存寄存器所需的時鐘週期數決定了輸出頻率的最大改變速率。

02
頻譜混疊
由奈奎斯特採樣準則可知，時鐘頻率(採樣頻率)必須為輸出頻率的兩倍以上，實際最高輸出頻率限制在1/3時鐘頻率範圍內。

如圖假設輸出頻率為30MHz，時鐘頻率100MHz，在重構DAC後需要加一個抗混疊濾波器(LPF)，用以濾除混疊的頻率(100-30=70MHz)。

但是，DDS的輸出頻率的高階諧波也會因混疊折回帶內，無法通過抗混疊濾波器去除，例如第三個諧波90MHz摺疊的10MHz和第四個諧波120MHz摺疊的20MHz。

03
發射數字波束形成

發射數字波束形成將傳統相控陣發射波束所需要的幅度加權和移相從射頻部分移到了數字，波束掃描更快更靈活，通道的幅相校正易實現；由於幅度和相位的控制精度更高，容易實現低副瓣發射波束；另外，對於大陣列和長脈衝信號，波形產生時可通過內插產生任意數字時延，克服孔徑渡越的問題。

關注“雷達通信電子戰”微信電子戰查看更多“相控陣雷達”基礎知識：

【來源：雷達通信電子戰】

聲明：轉載此文是出於傳遞更多信息之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯繫，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb.cn