2.5.1微帶天線陣元的類型

可根據陣的帶寬、極化、方向圖特性（或掃描范圍）、增益和效率等要求以及陣在結構上的要求來選擇最合適的微帶天線元。微帶天線元大致可分為三類：貼片式、縫隙式和不均運行微帶線等。

1．貼片式微帶天線

按工作原理可分為諧振式和行波式。諧振式貼片微帶天線作為陣元具有以下一些主要特點。單元本身具有一定的方向性系數，典型數據可達6dB左右。其效率較高，一般在90％以上。其半功率波束寬度大致在80^o^～100^o^之間。對于相控陣而言比較適合于最大掃描角在±50^o^以內。該形式的天線可工作在線極化、圓極化或變極化。對方形和圓形貼片，利用相互正交的雙端饋電，在利用功率分配器和移相器以改變兩端激勵的相對振幅和相位，就可以構成圓極化或變極化。對接近方形的貼片和橢圓形貼片，利用單端饋電也可以做成圓極化陣元，但不能作成變極化陣元。諧振式貼片具有以下一些缺點。阻抗匹配帶寬較窄，通常在輸入端駐波系數小于2的帶寬只有百分之幾。當掃描范圍大于±60^o^時，單元方向圖的波束顯得窄了一些，同時，當要求較大掃描范圍時，為了避免在掃描范圍內出現柵瓣，要求單元間距要較小，這樣貼片尺寸也稍嫌大。這對將陣元和饋電網絡都集成在同一介質基片上的單面陣就顯得空間擁擠。因此，為了展寬波束或縮小天線尺寸，也常采用λ/4短路矩形貼片作為陣元，它相當于矩形貼片的一個輻射邊短路，而尺寸縮小了1/2。此外，規則形狀的諧振式貼片單元可以一哦能夠較為準確的方法分析，已經導出各種較為準確的設計公式，所以設計較為簡便，且減少調試工作量。

行波式貼片微帶天線一端激勵，另一端接匹配負載以保證貼片上電流或其內空間場按行波分布。這種天線的特點是阻抗匹配帶寬較寬，但波束最大值指向隨頻率變化。這種天線最大值輻射方向可以設計成接近邊射到端射的任一方向。它既可以輻射線極化波，也可以輻射圓極化波，但由于其一部分功率消耗在終端負載上所以效率較低。

2．縫隙式微帶天線

縫隙天線利用微帶傳輸線激勵，是在微帶傳輸線接地面上開縫，故其輻射是向兩邊的，如果需要單方向輻射，可在離縫高度為λ/4處加金屬反射板。

這種天線的特點是它的阻抗匹配帶寬比諧振式貼片天線要寬，特別是寬矩形縫。這種縫隙天線一般輻射線極化波，對制造公差要求比貼片式要小，用于陣元時量輻射元之間的隔離比貼片式要好，但當要求單方向輻射時，這種天線的厚度比貼片式天線要大。同時分析和設計這種天線要比貼片式困難一些，其廣泛應用于衛星廣播接收陣的陣元。

3.不均勻性微帶線

微帶線不均勻性是另一大類廣泛應用的天線陣元。它通常是利用在微帶傳輸線上進行切割、突變或彎曲等方式形成輻射。

這類天線用作陣元的特點是阻抗匹配頻帶較寬，快點電路結構簡單而緊湊。構成陣的波束指向一般可設計在任何方向上。其缺點就是波束指向隨頻率變化較靈敏。由于是行波饋電，陣的效率不高。

2.5.2排列柵格和陣形

柵格一般有兩種排列方式：一是矩形柵格排列；二是三角形柵格排列。在矩形柵格的單元位置中，只有當（m＋n）為偶數的位置中放置輻射單元，才組成三角形柵格。

對于同樣的柵格抑制，矩形柵格排列比三角形柵格排列單元數多（比柵格為等邊三角形時多16％）。輻射單元少，意味著成本降低。另外柵格間距的增加，有利于輻射單元的安裝。因此，三角形排列采用的較多。

外觀形狀為矩形或正方形的陣列最常見，計算比較簡單，其尺寸大小由主瓣寬度決定。均勻幅度的矩形陣，第一旁瓣電平可高達－13.2dB，抗干擾性能不好，這是最大的缺點。

把矩形陣改為圓形陣，在均勻幅度時，第一旁瓣電平可降至－17.6dB，圓形陣多采用正方形柵格。

用三角形柵格可排列成正六角形陣，這樣的排列可有效的減少相控陣天線單元數目，降低雷達的造價。

當掃描角θ≥60^o^時，平面陣會受到柵瓣的影響而難以實現，利用球面的自然對稱性，能在較寬的角度范圍內保持天線方向圖和增益的均勻性，同時可克服寬角度下阻抗失配的影響。因此，將陣列單元排列在一個球面上構成球形陣，可改善角掃描性能。

對于機載雷達，為了便于安裝，減小阻力和覆蓋盡可能寬的立體角，要求陣面的形狀與機體表面形狀一致，這就是所謂的共形陣。

圖2.5 三角形柵格

2.6 電磁波的極化

電場強度E的方向隨時間變化的方式稱為電磁波的極化。根據E矢量的端點軌跡形狀，電磁波的極化可分為三種：線極化、圓極化和橢圓極化。

兩個相位相差π/2，振幅相等的空間上正交的線極化波，可合成一個圓極化波；反之也成立。兩個旋向相反，振幅相等的圓極化波可以合成一個線極化波，反之亦然。

橢圓長軸對x軸的夾角τ稱為極化橢圓的傾角，長軸與短軸的比值稱為軸比，極化橢圓的軸比、傾角以及旋向是描述極化特性的三個特征量。線極化（軸比→∞）和圓極化（軸比等于1）都是橢圓極化的特例，旋向以傳播方向z為參考，它直接由相位差φ決定，若φ在第一二象限，則為左旋波，若φ在三四象限，則為右旋波。

兩個空間上正交的線極化波可以合成為一個橢圓極化波，反之亦然。兩個旋向相反的圓極化波可以合成一個橢圓極化波，反之亦然。

圓極化波具有兩個與應用相關的重要特性：

1）當圓極化波入射到對稱目標（如平面、球面等）上時，反射波變為反旋向的波，即左旋變右旋，右旋變左旋。

2）天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極化波而不接收右旋圓極化波，反之，若天線輻射右旋圓極化波，則只接收右旋圓極化波，這稱為圓極化天線的旋轉正交性。

根據這些特性，在雨霧天氣里，雷達采用圓極化波工作將具有抑制雨霧干擾的能力。因為水點近似球形，對圓極化波的反射是反旋的，不會被雷達天線所接收。而雷達目標（如飛機、船艦、坦克等）一般是非簡單對稱體，其反射波是橢圓極化波，必有同旋向的圓極化成分，因而能被收到。由于一個線極化波可分解為兩個旋向相反的圓極化波，這樣，不同取向的線極化波都可由圓極化天線收到，因此，現代戰爭中都采用圓極化天線進行電子偵察和實施電子干擾，同樣，圓極化天線也有很多民用方面的應用。

**第三章 **微帶天線的饋電方法

天線是一種能量變換器，發射天線把發射機輸出回路的高頻交流電能變為輻射電磁能，即變為空間電磁波。相反，接收天線把到達的空間電磁波變為高頻交流電能，傳送到接收機的輸入回路。從發射機到天線以及從天線到接收機之間的連接是依靠饋線來實現的。

傳輸線（或饋電線）系指將高頻交流電能從電路的某一段傳送到另一段的設備。一般說來，對傳輸線有以下要求：

1）傳輸線應具有最小的能量損耗。這些損耗包括導線中電阻產生的能量輻射、導線間介質中所產生的介質損耗，以及發射到外部空間的輻射損耗。

2）沿線路允許傳輸的帶寬內高頻振蕩功率應盡可能大

3）傳輸線不應改變天線的方向圖特性。因此必須消除傳輸線上的能量輻射。要消除這種“天線效應”，必須在所給的工作波長下選擇適當的傳輸線形式和幾何結構。

4）傳輸線的電參量應穩定到這樣的程度，以至于外部媒質的溫度、濕度和壓力的改變，以及機械振動和其它不穩定因素均不影響到天線設備的工作穩定性。

5）傳輸線應有適當的尺寸和重量

6）傳輸線應有一定的機械強度，便于裝配。在制造上也要盡可能的簡單，使用中要考慮到傳輸線的經濟性。

當負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗時，其工作在行波狀態，傳輸效率最高，功率容量也最大；且傳輸線的輸入阻抗呈電阻性，它的大小不會隨頻率而變化，這樣便于與發射機調諧匹配。因此，希望傳輸線工作在行波狀態。但是，在無線電收發設備中，傳輸線的終端負載是天線，而天線的輸入阻抗是隨頻率而變化的，在工作波段內呈現為復阻抗性質。因此就要在傳輸線末端與天線之間加上一個“匹配裝置”，使得天線阻抗經過匹配裝置的變換作用后，與傳輸線的特性阻抗相等，從而使傳輸線工作在行波狀態或稱為匹配。

3.1 微帶單元天線饋電

兩種基本方式：一是用微帶線饋電；二是用同軸線饋電

3.1.1微帶線饋電

用微帶線饋電時，饋線與微帶貼片是共面的，因而可方便光刻，制作簡便。但是饋線本身也要引起輻射，從而干擾天線方向圖，降低增益。為此一般要求微帶線寬度w不能寬，希望w ＜λ。還要求微帶天線特性阻抗Ze要高些或基片厚度h要小，介電常數εr要大。

天線輸入阻抗與饋線特性阻抗的匹配可由適當選擇饋電點位置來實現。當饋電點沿矩形貼片的兩邊移動時，天線諧振電阻變換。對于TM10模，饋電點沿饋電邊（x軸）移動時阻抗調節范圍很大。微帶線也可通過間隔伸入貼片內部，以獲得所需阻抗。

饋電點位置的改變將使饋線與天線間的耦合改變，因而使諧振頻率有一個小的漂移，但是方向圖一般不會受影響（只要仍保證主模工作）。頻率的小漂移可通過稍稍修改貼片尺寸來補償。

在理論計算中，微帶饋源的模型可等效威嚴z軸方向的一個薄電流片，其背后為空腔磁臂，為計入邊緣效應，此電流片的寬度d0比微帶寬度w寬（取有效寬度）。

微帶饋線本身的激勵往往利用同軸－微帶過渡。有兩種形式：垂直過渡（底饋）和平行過渡（邊饋）。

3.1.2同軸線饋電

用同軸線饋電的優點有：1）饋電點可以選在貼片內任意所需位置，便于匹配。2）同軸電纜置于接地板上方，避免了對天線輻射的影響。缺點是結構不便于集成，制作麻煩。

這種饋源的理論模型，可表示為z向電流圓柱和接地板上同軸開口處的小磁流環。其簡化處理是略去磁流的作用，并用中心位于圓柱中心的電流片來等效電流柱。一種更嚴格的處理是把接地板上的同軸開口作為傳TEM波的激勵源，而把圓柱探針的效應按邊界條件來處理。

天線設備作為一個單口元件，在輸入端面上常體現為一個阻抗元件或等效阻抗元件，與相連接的饋線或電路有阻抗匹配的問題。

微帶輻射器的輸入阻抗或輸入導納是一個基本參數，因此應精確的知道輸入導納，以便在單元和饋線之間做到良好的匹配。

由于對大多數工程應用來說，簡單的傳輸線模型給出的結果已經足夠滿意，很多文獻都給出了用傳輸線模型計算微帶天線輸入阻抗的方法，但由不同文獻給出的方法計算出的值相差較大。

3.1.3電磁耦合型饋電

結構上的特點是貼片（無接觸）饋電，可利用饋線本身，也可通過一個口徑（縫隙）來形成饋線與天線間的電磁耦合。因此可統稱為貼片式饋電。這對多層陣中的層間連接問題，是一種有效的解決方法，并且大多數能獲得寬頻帶的駐波特性。

利用口徑耦合的電磁耦合型饋電結構是把貼片印制在天線基片上，然后置放在刻蝕有微帶饋線的饋源基片上，二者之間有一帶有矩形縫隙的金屬底板。微帶線通過此口徑來對貼片饋電。口徑尺寸將控制由饋線至貼片的耦合，采用長度上比貼片稍小的口徑一般可獲得滿意的匹配。

3.2 陣的饋電形式與設計

陣的饋電網絡的主要任務是保證各陣元所要求的激勵振幅和相位，以便形成所要求的方向圖，或者使天線性能各項指標最佳。對饋電網絡的主要要求是阻抗匹配、損耗小、頻帶寬和結構簡單等。陣的饋電形式主要有并饋和串饋兩種形式，也有這兩種形式的組合。

3.2.1并聯饋電

并聯饋電是利用若干個功率分配器，將輸入功率分配到各個陣元。功率分配器可以分成兩路、三路或多路。但為了使饋電結構中最大和最小阻抗之比最小，通常采用兩路功率分配器。

對于并聯饋電陣，當所有陣元相同時，各元所要求的振幅分布可以利用改變功率分配器的各路功率分配比來實現，而各陣元所要求的相位分布，可采用控制各路饋電線長度或附加移相器來實現。例如對于同相陣，則可以利用各路饋線等長或相差饋線波長的整數倍來保證各元同相激勵。對于相控陣同相則要求采用電控移相器來實現波束掃描所要求的相位分布。對功率分配器除要保證功率分配比外，還要求各路輸出端之間有較好的隔離。

并聯饋電網絡的設計是比較簡單和直接的。當選定陣元的形式和尺寸后，根據各元所要求的激勵振幅和相位，考慮到互耦的影響，可計算出各元的輸入阻抗。已知陣元的輸入阻抗，所要求的激勵振幅和相位后，就可以設計功率分配器和饋線的布局（要考慮長度以保證相位）。

并聯饋電微帶天線陣的陣元較少時，通常可將微帶功率分配器和饋線與陣元都集成在同一塊介質基片上，稱為單面陣。當陣元數目較多或陣面空間較擁擠時，也可以將微帶功率分配器的一部分或全部放在陣面后面，組成多層陣。此時各元用同軸探針激勵，或者上下層功率分配器之間用同軸探針相連，為此必須要求各層具有金屬化孔，并要求各層之間嚴格對準。陣元數多時，需要采用多級功率分配器，為了減少損耗和提高功率容量，對靠近輸入端的前面幾級功率分配器也可采用波導、同軸線或板線式功率分配器和饋線。

并聯饋電具有以下幾個特點：設計比較簡單，各元所要求的激勵振幅和相位可以通過設計饋電網絡來實現。當饋線等長時，波束指向與頻率無關，所以頻帶寬度主要取決于阻抗匹配的頻帶，比較容易實現寬頻帶。這種饋電形式既適用于固定波束陣，又適用于利用電控移相器進行波束掃描的相控陣。它的缺點是需要許多功率分配器，饋線總長度較長，這不僅占據了空間，也大大增加了傳輸損耗。同時，使整個饋電網絡比較復雜。

3.2.2串聯饋電

串聯饋電是將天線陣元用微帶傳輸線串聯連接起來，此時，對饋電的主傳輸線來說，每一天線陣元都等效為一個四端網絡。所以，從等效網絡觀點來看，這種饋電形式確切的說是一種級聯形式的饋電。每一陣元的等效四端網絡可以有各種形式，它既可以是一個并聯導納，也可以是一串聯阻抗或更一般形式的T形、∏型或變壓器形式的等效網絡。對于矩形貼片微帶天線元，就可等效為一并聯導納的四端網絡。當考慮了互耦影響時，此并聯導納又矩形貼片元的自導納加上其它各元的互導納。

串聯饋電形式，根據傳輸線終端所接負載不同，可分為行波串聯饋電和諧振串聯饋電。串聯饋電陣設計比并聯饋電陣設計要復雜一些，特別在考慮各元間的互耦影響時，需要用迭代法來設計，以保證各元所要求的激勵振幅和相位。

串聯饋電陣各元所要求的激勵振幅和相位是通過改變各天線元尺寸來達到的，所以，一個具有幅度或相位加權的串聯陣，各天線元的尺寸一般是不相同的。諧振串聯饋電無論從阻抗匹配和方向圖特性來講，一般都是窄頻帶的。當頻率變換時，由于相位的變化，使波束指向改變。但這種饋電形式效率較高，傳輸損耗也較小，饋電無論結構簡單又緊湊。行波饋電的阻抗匹配頻帶較寬，但波束指向隨頻率改變，另一缺點是饋電效率較低，因為在終端負載上要消耗一部分功率。

串聯饋電陣與并聯饋電陣相比，前者饋電電路簡單，饋線總長度較短，所以饋線損耗較小。因為不需要功率分配器，所以空間利用也必并聯饋電要好。行波串聯饋電陣阻抗匹配頻帶寬。但串聯饋電陣設計要復雜一些。其波束指向隨頻率變化。如果采用中心串聯饋電，其波束指向將不隨頻率變化。

以上討論的主要是線陣的饋電形式，但也可以推廣應用于二維平面陣。對于二維平面陣的饋電，可以全部采用并饋或串饋，也可以采用一維為并饋，另一維為串饋的組合形式，平面陣除上述饋電形式外，對于微帶天線元組成的平面陣，還有一種交叉饋電形式，這種饋電形式，還可以通過改變輻射元線寬度或饋線與輻射元的角度來達到幅度加權的目的。

3.3 相控陣天線的饋電方式

發射機輸出的信號，按一定的幅度分布和相位梯度饋送給陣面上的每一個天線單元。接收時，同樣必須將各個天線單元收到的信號按一定的幅度和相位要求進行加權，然后加起來饋送給接收機。相控陣天線的饋電網絡，就是使陣面上眾多的天線單元與發射機或接收機相連接的傳輸系統。各個天線單元所需要的幅度和相位加權也是在饋線系統中實現的。

為了獲得低副瓣相控陣天線，饋線系統提供給每個天線單元的電流信號的幅度是不相等的，通常情況下，陣列中間天線單元的信號電流幅值最大，陣列邊緣單元的電流幅值最小，各天線單元的激勵電流按一定的幅度分布來確定。除了自適應陣列天線外，對一般的相控陣，這一幅度分布是固定的，不應隨天線波束掃描方向的變化而變化。信號沿陣列天線口徑的不等幅分布，通常采用不等功率的功率分配網絡來實現。

饋線系統還要保證每個天線單元激勵電流的相位符合天線波束掃描指向要求。通常將饋電網絡向各個天線單元提供所需的信號相位稱之為“饋相”，即將對天線單元信號進行復加權中的相位加權部分稱之為“饋相”，“饋相”的方式與饋電網絡的組成相關。

對相控陣的饋電系統有許多要求，其中之一是通過降低饋線系統的復雜性來降低成本。為此，減小移相器和每一移相器所需要的開關組件的數目、簡化移相器控制信號的產生方式以及壓縮移相器控制信號的數目等具有重要意義，而這些都是與饋相方式密切相關的。

由于可將整個平面陣分成若干個線陣，每一線陣都被當成一個子天線陣，因此對平面陣列天線的饋相，可分解成對若干個相同子陣和另一子陣的饋相（一個線陣又可以相應地分為若干子陣），這種饋相方式的移相器數目要增加一個線陣的單元數目，但移相器控制信號容易產生，控制信號的設備量也顯著的降低了。

同樣，也可以將“陣內相位”矩陣分解為若干個小的正方形或矩形矩陣，即用若干個子平面天線陣來構成總的平面陣列。

饋線系統在相控陣天線中占有特別重要的位置。低旁瓣天線對饋線系統幅度和相位精度的要求是很高的，此外，承受高功率的能力、饋線系統的損耗、測試和調整的方便性，以及體積、重量等要求，也是選擇饋電方式時必須考慮的因素。為了降低成本，還要充分考慮生產的一致性、提高成品率和便于加工等要求，至于是否全部功率分配器都要采用隔離式，還是部分采用隔離式、在哪一級采用隔離式，這可根據對系統駐波、功率隔離以及成本要求等進行計算分析后決定，或對這些要求進行折衷考慮。

平面相控陣天線的饋電主要有強制饋電、空間饋電和光學饋電

3.3.1強制饋電

采用波導、同軸線、板線和微帶線等進行功率分配。隨光電子技術的發展，也可以采用光纖作為相控陣饋線中的傳輸線，但只能在低功率電平上使用。波導和同軸線用于高功率陣列，低功率部分常用板線、帶線和微帶線。功率分配器有隔離式與非隔離式、等功率分配器與不等功率分配器等多種形式。隔離式功率分配器輸出支臂之間約有20dB隔離度，可以減小由于各傳輸組件之間的反射波引起的干擾，有利于整個饋線系統獲得低的駐波。當隔離式功率分配器的一個支臂由于開路或短路而出現全反射時，因一半反射功率被隔離臂的吸收負載所吸收，故有利于保證饋電網絡的耐功率性能。

3.3.2空間饋電

空間饋電的形式有透鏡式空間饋電和反射式空間饋電等形式。透鏡式空間饋電的天線陣，包括收集陣面和輻射陣面兩部分。收集陣面也稱為內天線陣面，它由許多天線單元組成，這些天線單元又稱為收集單元。它們既可排列在一個平面上，也可排列在一個曲面上。在天線陣處于發射狀態時，發射機輸出信號由照射天線（如波導喇叭天線）照射到內天線陣上的收集天線單元，這些收集單元接收照射信號后，經移相器，再傳輸至輻射陣面上的天線單元（也叫輻射單元），然后向空間輻射，對于有源相控陣天線，經過移相器相移后的信號，還要再經過功率放大器放大，然后才送給輻射陣面的天線單元。當天線陣處于接收狀態時，輻射陣面接收從空間目標反射回來的回波信號，這些信號送移相器移相后，由收集陣面上的天線單元將其傳輸至陣內的接收天線（如由波導喇叭組成的接收天線）。對于有源相控陣天線，每一輻射單元收到的信號，要先經過低噪聲放大后再送給移相器，最后才輸入到收集單元，經空間輻射到達陣內接收天線。

這種空間饋電方式，實質上采用空潰的功率分配/相加網絡，省掉了許多加工要求嚴格的微波高頻器件。這種饋電方式，對于高頻和雷達信號波長較短的情況（例如S、C、X波段），與強制饋電方式相比，優點更為明顯。

反射式空間饋電陣列與透鏡式空間饋電陣列不同，其收集陣面和輻射陣面是同一陣面。這一陣面上各天線單元收到的信號，經過移相器移相后，被短路傳輸線或開路傳輸線全反射。對于這種陣列，作為初級饋源的照射喇叭天線，在陣列平面的外邊，即采用前饋方式對天線陣面進行空間饋電。由于采用前饋，初級饋源的天線對天線陣面有一定的遮擋效應，對天線口徑增益和對天線副瓣電平的性能有不利的影響。這種空潰方式，常見的大多是頻率很高（如X、Ku波段）的相控陣戰術雷達。另外，在這種空間饋電陣列中，移相器提供的相移值起了兩次作用，故該值應為一半移相器相移值的一半，移相器損耗也增加了一倍。自然，移相器是雙向傳輸型的。

在空間饋電系統中，初級饋源的照射方向圖為整個陣面提供了幅度加權。為了充分利用初級饋源能量，減小泄漏損失，透鏡內天線陣面（收集陣面）的天線單元數目可適當增加，在內天線陣面的邊緣部分，可以將幾個收集單元接收到的信號相加，在經過移相器相移后送至外天線陣面（輻射陣面）的輻射天線單元。

為了降低相控陣天線的副瓣電平，常采用密度加權方式，這時陣面上除有源天線單元外，還設置了相當數量的無源單元，對于空間饋電的陣列天線，外天線也可以設計成密度加權的相控陣天線。

由于天線物理尺寸的限制，初級饋源與陣面的距離大體等于天線口徑的尺寸，因此，初級饋源輻射的電磁波是球面波。由球形波到平面波的準直修正，由改變移相器上的控制碼來實現，即用改變移相器的相移值來進行修正，也可用準直延遲線來實現。

3.3.3波束躍度與移相器的虛位技術

相控陣天線波束的相控掃描依靠的是天線陣中的大量移相器，因此，移相器是饋電系統中的一個關鍵微波元件，與此相應，控制移相器的電路也是一個重要的電路。

按照信號相位的基本定義：

移相器可在高頻實現，為便于用計算機控制天線波束掃描，計算機提供給移相器的控制信號是二進制的經過D/A變換成模擬信號后送入控制移相器。

對移相器的要求主要有以下8項，在具體選用時必須進行綜合考慮：

1）承受功率（包括峰值功率與平均功率）的能力

2）頻率特性及帶寬性能

3）低損耗

4）幅度和相位精度、溫度特性和幅度穩定性

5）控制特性（對波束控制驅動器的要求和控制的時間響應）

6）工藝性、一致性和可靠性

7）低成本

8）體積、重量要求

由于移相器要受計算機控制，以便實現相控陣特性波束的高速、無慣性靈活掃描、因此，數字式移相器得到了廣泛的應用。

采用數字式移相器時，移相器的相移量以二進制方式改變。當數字式移相器的位數為K(K為正整數)，則移相器的最小相移量（單位相移量）為ΔφBmin

因此，相控陣特性的波束指向是離散的，隨著掃描角度的增大，相鄰波束之間的間距（波束躍度）增大。這與天線波束隨掃描角度增加而展寬是一致的。為了降低波束躍度，使天線波束掃描接近于機械式連續轉動天線時的情況，需要增加移相器的位數K。

考慮到雷達天線波束寬度，波束躍度小于半個波束寬度是起碼的要求，由此出發，對于三坐標雷達，因其波束寬度大體在1度左右，K≥8是完全必要的。對于相控陣單脈沖跟蹤雷達，為了能對目標接近于連續跟蹤，K≥10也是很有必要的，若K＝10，則ΔφBmin=0.35°。顯然，要做這么多位數的移相器，要保證這樣高的移相精度是不切實際的。

為了節省數字移相器的位數，同時保證所需要的小的波束躍度，采用了“虛位技術”、采用虛位技術后，增大了移相器的相位量化誤差，對副瓣電平有不良影響。在同時要求節省移相器位數和降低副瓣電平的情況下，采用“隨機饋相”方法，當移相器的位數為n時，對無限陣，可使寄生副瓣電平降低到－12×ndB。

為了降低成本，總是希望在不出現柵瓣或由柵瓣引起的寄生副瓣低于一定電平條件下，盡可能的減少天線陣中的移相器的數目。

縮小天線波束的掃描范圍，有利于減小天線陣中移相器的數目，因為天線波束掃描范圍減小后，天線單元的間隔可以拉開，此外，對于實際的雷達來說，在某些應用情況下，也不要求陣列天線的波束掃描范圍很寬，這時便可采用有限掃描相控陣天線或小區域相掃天線。

3.4 固態功率放大器的阻抗匹配

微波功率晶體管的輸入輸出阻抗很低，且是電抗性的，而功率相加器等傳輸線的特性阻抗通常都選定為50Ω，因此，只有將晶體管的輸入輸出阻抗在整個工作頻帶范圍內變換為50Ω，才能獲得良好的阻抗匹配。對于相控陣雷達，不管是在集中式大功率發射機還是在分散式發射機中，功率放大器組件都工作在C類狀態，不需要電真空放大器中所必不可少的調制器，在高頻輸入信號到達晶體管放大器輸入端，并超過基極－發射極之間的反向偏置電壓后，該放大器才起放大作用，接待廳才導通。在輸入脈沖信號由上升前沿至脈沖頂部，在到達脈沖后沿的整個脈沖持續期間，放大器中晶體管的工作狀態是急劇變化的（由截止到線性、飽和、再截止），因而其輸入輸出阻抗也是變化的，因為單級放大器的增益只有7dB左右，所以，固態放大器通常由幾個單級放大器連接組成，后面一級放大器是前面一級放大器的負載，一個單級放大器的輸入輸出阻抗的變化，將影響其前后兩級放大器的匹配。

放大器負載阻抗的變化，與放大器輸入信號電平及電源電壓的變化一樣，將使放大器輸出信號的相位發生變化，因此，當設計固態功率放大器時，再考慮其幅相一致性的公差要求情況下，應對放大器的負載阻抗提出相應的要求。

放大器末級輸出端通常接一個環流器，使末級功率放大器與天線負載之間隔離，以保證末級功率的負載相對穩定，這樣，再末級功放晶體管輸出端與環流器之間再加上一段匹配傳輸線，便可保證再工作頻帶寬度內有良好的負載阻抗匹配。

在相控陣雷達中，當采用集中式大功率發射機或分布式子陣發射機方案時，從發射機輸出端至天線陣面都有一個發射饋電網絡，它包括功率分配器、移相器、環流器、相位微調和收發開關等，發射饋電網絡的多個輸出端口與各天線單元之間也不可能做到完全匹配。天線單元之間的互耦使各天線單元的輸入阻抗不完全一致，且互耦是隨天線波束掃描方向的變化而變化的；另外，在雷達工作頻帶寬度內，饋線各節點的駐波及單元之間的互耦也是不同的，因此，天線單元的輸入阻抗隨天線單元的位置、天線波束指向和雷達信號的頻率而變化，而通常的饋電網絡中，除一部分相位微調及幅度微調器件外，并沒有可進行阻抗匹配的自適應調配器。除了天線單元之間存在互耦外，饋線網絡中各個端口或節點之間也可能存在互耦。

采用集中式發射機或子陣式發射機的相控陣雷達，一部發射機要負責給整個發射相控陣天線或發射天線子陣饋電。從發射機輸出端到每一個天線單元，必須有一個發射饋線系統，將發射機輸出信號功率分配至各個天線單元，對于接收相控陣天線，各個天線單元接收到的信號，必須經過一個接收饋線系統逐級相加，然后送至接收機輸入端，發射和接收饋線系統都由許多不同的饋線元件如功率分配器、移相器、傳輸線段、調諧元件、定向耦合器等組成，各個饋線元件的連接不可能做到完全匹配。這些連接點處，存在電磁波反射。各個節點處的多次反射波，當重新到達天線單元（對發射陣）或接收機輸入端（對接收機）時，這些反射波與主入射波疊加，對發射陣來說，使各個天線單元輻射出去的信號的相位和幅度發生變化；對接收機而言，則使從各個天線單元接收到的信號到達接收機輸入端時產生相位和幅度的起伏，因此，對于天線的饋電系統是必須要仔細調試的。