自制相控阵雷达
什么是相控阵雷达？
什么是相控阵雷达？
你还记得在小学学中文的《蝙蝠和雷达》吗？据说科学家受到蝙蝠发出的超声波辨别方向的启发，最终研发出了雷达。其实蝙蝠的超声波研究和雷达的发明没有直接关系，但是为了解释相控阵雷达，我还是用蝙蝠做类比:
普通雷达就像蝙蝠向天空发射超声波。如果它发现天空中有什么东西，它会反射回来。相控阵雷达就像一只长着蜻蜓复眼的蝙蝠。它以网状扫描天空，所有的复眼都能发出超声波。
It 只不过蝙蝠发射超声波，而雷达发射电磁波。电磁波和超声波的区别在于电磁波是一种物质，可以在空气中传播，也可以在真空中传播。超声波只是一种波形，借助某种介质就可以形成，在真空环境下是无法形成的。
雷达的发明
当我们从小学课文中读到蝙蝠和雷达的故事时，大家都会认为雷达是受到了蝙蝠的启发。其实这个故事只是发现了超声波，雷达是在这个故事发生100多年后发明的。
1793年，意大利科学家斯帕拉杰在夜间行走时，发现蝙蝠在夜空中飞来飞去非常灵活，不会撞到树或墙。这一现象引起了他的好奇心，于是斯帕拉杰做了一个有趣的实验:
他在笼子里抓了几只蝙蝠。首先，他蒙住他们的眼睛，让他们飞起来。他发现 "盲人和盲人蝙蝠和飞行一样敏感。他挡住了球棒。;又一次，蝙蝠没有受到任何影响。然后斯帕拉杰挡住了蝙蝠 的耳朵。这一次，蝙蝠就像一只无头苍蝇，在夜空中疯狂地飞着，一会儿撞到树上，一会儿又撞到墙上。
斯帕拉杰 s的实验证明蝙蝠可以通过听觉辨别方向和障碍物，但超声波的研究和应用直到19世纪末20世纪初才得到广泛应用。超声波被用于医疗、工业、农业等领域，也可用于清洗。我们在眼镜店用超声波洗眼镜。
雷达发射电磁波，德国科学家赫兹在1887年证实了这一点。当时他还发现电磁波遇到金属物质会反射回来，就像光线照在镜子上一样，但当时的科学家并没有想到利用这个原理进行空中侦察。
1897年夏天，俄罗斯科学家波波夫进行了一次海上通信实验。他发现，当两艘船在通信时，如果第三艘船经过，通信就会中断。当时波波夫在工作日记中写下了这一现象，并得出结论:障碍物会对电磁波的传播产生影响。不幸的是，波波夫没有。;我们不能利用电磁波的这一特性来进行进一步的研究。
直到1934年，英国皇家无线电研究所所长沃森·瓦特才发现电磁波反射的特性。当时英国正准备大力发展防空力量。英国空军甚至雇佣了一群聋子用耳朵搜索敌机。瓦特认为电磁波反射的原理可以用于空中侦察。只要发现敌机，电磁波就会反射回来，比人耳搜要准确得多，范围也广得多。
因此，瓦特 美国的建议得到了认可，英国空军也获得了新装备研发的拨款。1935年，瓦特和英国电气工程师研制出第一台探测飞机的雷达。
所以从雷达发明的历史可以看出，雷达和蝙蝠的关系真的很小。超声波、光、电磁波的反射都是通过单独的实验发现的，之前没有必然联系！
什么是相控阵雷达？
自从第一部雷达发明以来，它就被广泛应用于军事领域。这种雷达是机械的，只能以固定的旋转扫描固定的范围。如果遇到高速飞机，如高速战斗机或导弹，这种雷达的反应速度可以 跟不上，于是相控阵雷达就产生了。
相控阵雷达也叫电子扫描阵列雷达，是通过改变天线面阵发射波束的合成来改变波束的扫描方向的雷达。相控阵雷达与传统雷达相比，扫描效率和速度更快，测量目标信号更精确。举个例子，传统雷达就像一盏射向天空的led灯，相控阵雷达就像一整块嵌满LED灯的面板同时射向天空。
相控阵雷达可分为有源和无源。无源相控阵雷达只有一个中心发射机和接收机，发射的高频能量由计算机分配给天线阵中的各个辐射器。优点是成本低，技术要求低，缺点是如果发射和接收环节出了问题，整个雷达就不能用了。
有源相控阵雷达是每个辐射器都装有发射和接收部件。整个雷达可以有上千个这样的辐射器。即使有一部分坏了，也不会影响其他暖气片的正常工作，因为每个单元都是独立的。优点是可以进行三坐标扫描(水平和垂直)，缺点是成本高，技术要求高。
相控阵雷达的有源和无源，其实就像扬声器的有源和无源。有源音箱中安装了放大器，只要有声音输入就能放大发音；无源音箱除了扬声器和分频器都是空的，每个扬声器都需要功放放大。
无源音箱的功放坏了，所有音箱都不会响，有源音箱的功放坏了，只有对应的一对不会响，其他音箱不受影响。
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相控阵雷达比普通雷达需要更高的技术要求，首先需要强大的电子技术作为基础，其次需要强大的计算机系统，因为相控阵雷达会同时接收到大量的信息，计算机需要对这些信息进行分辨、识别和处理，这就需要足够强大的系统和精确的算法程序。
因为相控阵雷达需要整个工业系统的支持，其实不然各国都有能力发展，目前这个领域还是领先美国的。随着近几十年的发展，在相控阵雷达方面也做得相当不错，与美国的差距也在逐渐缩小。