一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机技术方案

本实用新型专利技术提供一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线和射频有源收发机；所述的TCAS天线和射频有源收发机集成于一个独立模块形成TCAS有源天线；所述的TCAS天线为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块中相应的处理通道。本实用新型专利技术中，将射频接收机和功率发射电路集成于四单元微带天线结构内，实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。

A Secondary Radar Radio Frequency Transceiver for Aircraft Collision Avoidance System

The utility model provides a secondary radar radio frequency transceiver for an aircraft anti-collision system, which is mounted on the roof or belly of an aircraft, including a TCAS antenna and a radio frequency active transceiver; the TCAS antenna and the radio frequency active transceiver are integrated into an independent module to form a TCAS active antenna; the TCAS antenna is a microstrip antenna with at least one radiation unit, and the radio frequency active transceiver. Including a transceiver module equal to the number of radiation units in the microstrip antenna, the transceiver module includes a transmitter for amplifying and transmitting questioning signals, a receiver for receiving and amplifying response signals, and the two active radio frequency interfaces of the transceiver module are respectively connected with the corresponding processing channels in the subsequent modulation and demodulation and data processing modules of the corresponding radiation unit. In the utility model, the RF receiver and power transmitting circuit are integrated into a four-unit microstrip antenna structure to realize an active TCAS antenna, which has the advantages of compact structure and high transceiver efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机
本技术涉及雷达领域，特别涉及一种飞机防撞系统(TCAS)二次雷达射频收发机。
技术介绍
随着民用航空行业的快速发展，空中交通密度日渐加大、航路拥挤、飞行高度层控制加严，针对飞行器飞行安全的问题，航空工业界开发了S模式的二次雷达和空中防撞系统(TCAS)数据通信警告系统。TCAS通信系统通过询问和监听周围飞机的应答机，来监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，并视情发出交通咨询(TA)或决断咨询(RA)，使飞行员在了解本机邻近空域交通状况的情况下，根据系统指令主动地采取避让措施，防止与其它飞机过分接近或产生相撞危险。随着TCAS技术的进步和更新换代，目前已经发展了第一代系统和第二代发展系统，一代系统只提供TA咨询信息，而二代系统可提供TA、RA咨询信息，还可提供垂直避让信息，目前尚处于研发阶段的三代系统不仅能够提供TA、RA咨询信息以及垂直避让信息，还可以提供水平避让信息。目前世界上波音和空客两大飞机制造公司生产的飞机均装有S模式应答机或TCAS-II二次雷达系统。传统的TCAS系统的天线为无源架构，天线与有源电路通过长同轴线连接，这导致发射机射频功率还有相当的比例损耗在同轴电缆上，同时由于电缆的损耗，导致接收机的噪声系数居高不下，严重限制了射频收发机的性能。TCAS接收机的工作于1090MHz，用于收听周边飞机的应答信号或断续发射信号，从而感知周围空域中其它飞机的存在，并记录其地址码。而TCAS发射机工作于1030MHz，用于向周边飞机发出询问，如果获知周边飞机的地址码，还可实现对飞机的点名询问。TCAS系统的研发长期以来被国外数家大公司垄断，我国于上世纪70年代由原机电部783厂和电子部28所研发航空管制二次雷达系统，由于国情和技术发展等因素的影响，我国的二次雷达技术研发水平仍远远落后于欧美等发达国家。文献【1】(HaruoKawakamiandGenteiSato.CHARACTERISTICSOFTCASCIRCULARPHASEDARRAYANTENNASFORMOMENTMETHOD.FacultyofScienceandTechnology,SOPHIAUNIVERSITY,1989:1340-1343)介绍了一种波束方向可控的TCAS天线，发射机的辐射功率可以辐射到指定的方向，接收机的波束也可切换为全向辐射或定向辐射，同时多路接收机可以兼容单脉冲比相测角功能。该天线具有低剖面、重量轻等优点，适合安装于飞机上。该TCAS天线仍属于传统的天线与有源收发机分离的设计方案，长射频电缆损耗带来的问题仍未解决。文献【2】(MarkD.Smith,GregoryT.Stayton.SYSTEMSANDMETHODSFORUSINGATCASDIRECTIONALANTENNAFOROMNIDIRECTIONALTRANSMISSION.USPATENT,2008,US7554482B2)提出的TCAS天线采用幅相控制的馈电网络，多个单元天线采用独立的幅度和相位加权，实现定向天线的方向指向或者实现全向辐射天线。这种天线所使用馈电网络采用无源幅相控制，属于无源体制，网络复杂，损耗较大，严重恶化了发射机的发射功率和接收机的接收灵敏度。文献【3】(夏勇，张浩，李晓娟，尤路.二次雷达波束控制系统设计.信息与电子工程，2012,10(3)：266-269)提出了一种采用机械扫描工作方式的航管二次雷达射频系统，该设计是基于无源相控阵天线体制的二次雷达，是为适应重点空域警戒功能而发展起来的。波束控制系统是该二次雷达的重要组成部分，其基本功能包括：相位控制、同步控制、数据传输以及信号自检。二次雷达波束控制系统采用了基于嵌入式计算机和网络的集中式波控方案设计，具有工作方式灵活多样、波束调度方便、可靠性高等优点。文献【4】(王谊.一维相控阵二次航管设备研制.电子科技大学所示论文，2013：17-25)设计了一套完整的一维相控阵二次雷达航管设备，该雷达可采用多种航空管制模式进行自主式扫描询问，接收机则接收附近飞机的应答机信号，并对信号进行译码、单脉冲测角和多目标处理，生成航迹。该设备可以固定安装于地面站或装载于移动平台。文献【3】和【4】提出的二次雷达基于相控阵体制，系统体制复杂，体积和重量都较大，仅适用于地面安装或车载安装，不适合装载于飞机上。
技术实现思路
针对传统TCAS天线与收发机分离，中间采用长电缆连接，由于长电缆的损耗，导致发射机功率有一定损耗，同时导致接收机噪声系数增大，这样接收信号和发射信号传输效率低，影响系统性能，本技术提供一种飞机防撞系统(TCAS)二次雷达射频收发机，将射频接收机和功率发射电路集成于四单元微带天线结构内，实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。本技术实现其技术目的技术方案是：一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线和射频有源收发机；所述的TCAS天线和射频有源收发机集成于一个独立模块形成TCAS有源天线；所述的TCAS天线为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块中相应的处理通道。本技术中，将射频接收机和功率发射电路集成于四单元微带天线结构内，实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的微带天线中包括位于圆盘平面上，等90度角中心对称排布的第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和第四辐射单元；所述的第一辐射单元正对飞机机头方向，第二辐射单元和第四辐射单元指向飞机两翼，第三辐射单元对准飞机机尾；所述的射频有源收发机包括结构完全一致、且具有相同的电长度的第一收发组件、第二收发组件、第三收发组件和第四收发组件；所述的第一辐射单元接第一收发组件的一个有源射频接口、所述的第二辐射单元接第二收发组件的一个有源射频接口、所述的第三辐射单元接第三收发组件的一个有源射频接口、所述的第四辐射单元接第四收发组件的一个有源射频接口。进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的微带天线中第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和第四辐射单元分别为采用90度张角的扇形贴片天线，贴片天线的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理与圆盘平面；每片贴片天线采用四分之一的谐振方式，每片贴片天线地通过高阻窄线与圆盘平面中心的接地方块相连；每片贴片天线的馈电点位于其中心位置，与馈电同轴线焊接。进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的贴片天线的介质采用Roger4350B，介电常数3.66，厚度为0.508mm，圆盘平面直径165mm。进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的射频有源收发机中每个收发组件包括由高功率收发开关切换的接收通路和发射通路，所述的高功率收发开关为一个单刀双掷开关。进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的发射通路包括将射频功率放大至200W的依次连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)；其特征在于：所述的TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)集成于一个独立模块形成TCAS有源天线(1)；所述的TCAS天线(10)为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机(30)包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块(2)中相应的处理通道。

【技术特征摘要】
1.一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)；其特征在于：所述的TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)集成于一个独立模块形成TCAS有源天线(1)；所述的TCAS天线(10)为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机(30)包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块(2)中相应的处理通道。2.根据权利要求1所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的微带天线中包括位于圆盘平面(29)上，等90度角中心对称排布的第一辐射单元(101)、第二辐射单元(102)、第三辐射单元(103)和第四辐射单元(104)；所述的第一辐射单元(101)正对飞机机头方向，第二辐射单元(102)和第四辐射单元(104)指向飞机两翼，第三辐射单元(103)对准飞机机尾；所述的射频有源收发机(30)包括结构完全一致、且具有相同的电长度的第一收发组件(301)、第二收发组件(302)、第三收发组件(303)和第四收发组件(304)；所述的第一辐射单元(101)接第一收发组件(301)的一个有源射频接口、所述的第二辐射单元(102)接第二收发组件(302)的一个有源射频接口、所述的第三辐射单元(103)接第三收发组件(303)的一个有源射频接口、所述的第四辐射单元(104)接第四收发组件(304)的一个有源射频接口。3.根据权利要求2所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的微带天线中第一辐射单元(101)、第二辐射单元(102)、第三辐射单元(103)和第四辐射单元(104)分别为采用90度张角的扇形贴片天线，贴片天线的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理与圆盘平面(29)；每片贴片天线采用四分之一的谐振方式，每片贴片天线地通过高阻窄线与圆盘平面(29)中心的接地方块(28)相连；每片贴片天线的馈电点(25)位于其中心位置，与馈电同轴线焊接。4.根据权利要求3所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的贴片天线的介质采用R...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜景鹏，马向华，
申请(专利权)人：广东圣大电子有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44