4.6　波束控制电流的计算

为移相器相位状态的转换提供电流或电压控制信号的波束控制驱动器，是波束控制系统中的一个重要组成部分。目前多数移相器，如PIN开关二极管数字式移相器均采用电流控制。一般情况下，波束控制驱动器的数量与移相器数目一样多。若采用行-列控制方式，驱动器数目虽然可以减少，但它要打通的总的开关数量仍然取决于移相器的总数量，因而对其负载能力的总要求仍然是一样的。

4.6.1　计算波束控制电流的意义

对一个二维相控扫描的相控阵天线来说，若移相器总数为 M × N ，当采用数字式移相器时，设每个移相器为 K 位，每一位有开关元件 S 个（如 S =2或4，平均 S AV =3），打通开关所需电流为 i S ，则整个天线阵面上需要的最大波束控制电流 I BK0 为

I BK0 = MNKS AV i S

（4.51）

由于相控阵天线实际工作时，不会出现所有移相器均全部导通的状态，因而实际的波束控制电流 I BK 为

I BK = C BK MNKS AV i S

（4.52）

式（4.52）中， C BK 为0～1，称为波束控制最大电流系数，它与波束位置有关。在搜索与跟踪过程中，天线波束位置不断变化，因而 C BK 是变化的，波束控制驱动器电源的输出也就不断变化，同时，波束控制驱动器电源的初级电源输出也就随着不断变化。当 C BK = C BKmax 时，得到实际要求的波束控制电流最大值 I BKmax 为

I BKmax = C BKmax I BK0

（4.53）

波束控制电流的计算包括以下四个步骤。

（1）计算子天线阵与整个阵面波束控制系统驱动器对其初级电源的要求，正确确定对波束控制电流的要求。

（2）计算不同波束位置时 C BK 的变化，降低扫描过程中波束控制驱动电流的陡变程度，并减少其起伏，改善波束控制电源负载的动态特性。

（3）算出与过大的 C BK 值对应的波束位置，如有必要，可以在扫描过程中避开这些波束位置。为此，在搜索过程中，在设置搜索拦截区时，可以避开该位置；在跟踪过程中，可通过调整跟踪预测时间，避开该波束位置。实际上，根据计算结果与中国二维相扫相控阵雷达的实际使用经验，只需将8位波束控制数码 C （ k , i ）增加或减少“1”，即可避开波束控制电流的峰值，而天线波束指向在这一特殊位置只不过移动了一个“波束跃度”（大于或等于半个天线波束宽度）。

（4）在采用虚位技术时，一般情况下传送至移相器的实际波束控制数码是由波束控制计算机计算得出的控制码经过舍入法形成的。例如，按 K =8位计算得出8位字长的控制码，而实际移相器只有 b 位（如 b =4），加在移相器上的控制码是在第 b +1位（如第5位）计算码上加“1”后才取出的高 b 位码。因此，如果按此方法得出的该波束位置的波束控制最大电流系数 C BK 值很大，则可以不采用舍入方法，从而可使 C BK 值降低。

对于目前多数有源相控阵雷达（APAR）即有源电子扫描阵列（AESA）雷达，由于移相器的移相等功能是在低功率条件下实现的，故上述讨论的问题的影响并不突出，但对特大孔径有源相控阵天线（包含数百万个天线单元），则波束控制电流的计算是有必要考虑的。

4.6.2　相位参考点的选择对波束控制电流起伏的影响

为了减小波束控制电流起伏值的影响，可以采用阵中相位参考点方法，即将阵列中心的天线单元作为参考单元，其信号相位作为参考相位，波束控制信号提供的控制信号在参考点左右两边互为补码，由此可使总的波束控制驱动器提供的波束控制电流的起伏大为降低 [8] 。

以图4.19所示线阵为例，从中很容易得出线阵参考点左右两边对称单元的相位互为补码（以2π为模）。

因此，若参考单元两边两个对称移相器用同一寄存器的“0”端与“1”端分别连接驱动器，则驱动器电源基本不变化，因而驱动器的负载将大体上保持恒定。不完全恒定的原因是由于采用了虚位技术。它在虚位之前要做一次舍入计算，即对计算得出的波束控制数码再加上一个代表最小移相量一半的数码。例如，对4位数字式移相器，在按8位计算时，要加一个代表11.25°的数码（00001000），如某移相器计算出的8位波束控制数码 C （ i , k ）以二进制数表示为（01111101），再加上（00001000）之后变为（10000101），取其高4位，得实际控制码（1000），显然，它与（0111）在对波束控制电流的需求上有了巨大的差别。

当采用较多位数的数字式移相器时，如6位或7位，即 K =6或7时，虚位数 b =2或1，这时可以不必采用舍入算法。以这种情况为例，两个对称移相器的波束电流将基本保持恒定。

图4.20所示为将相位参考点选在小面阵中心时，波束控制数码的对称性。

小面阵中每一个天线单元都有其对称单元，它们构成一对对称单元，可只需要一个寄存器，其输出信号由其“0”端与“1”端分别经驱动器放大后去控制两个移相器。这还带来了减少设备量的好处。即使采用专用集成电路（ASIC）来实现波束控制电路，也可减少元器件的数量，并可相应降低其功耗要求。 TMznWB0wHLzPONelHMtzA4yqkWIoMnpsjIgq1oMh/eb92JtQs9B21ZJUL0NDiJ0O