一种单脉冲宽角电扫描反射阵天线制造技术

技术编号:7576491 阅读:481 留言:1更新日期:2012-07-18 21:36
本发明专利技术公开的一种单脉冲宽角电扫描反射阵天线,包括可重构反射阵面(1)、极化栅(2)、偏置电压电路(3)、波控机(4)、控制处理器(5)和馈源子系统(6);极化栅(2)与可重构反射阵面(1)的口径等尺寸,位于可重构反射阵面(1)上方;馈源(61)的辐射口面与可重构反射阵面(1)平齐并位于反射阵面中心。本发明专利技术的天线采用空间馈电方式即馈源照射极化栅反射后对阵面进行馈电,将极化栅结构应用于可重构反射阵天线中,馈源、极化栅与反射阵面组成了双反射结构,使天线结构性能优异,便于天线馈源安装以及天线端口与雷达系统连接的天线结构,并使天线具有低剖面的紧凑结构特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
,特别涉及一种低剖面的单脉冲宽角电扫描反射阵天线
技术介绍
随着天线、雷达技术应用的不断发展,相关空间科学与应用不断广泛和深入,对无线系统所能完成的功能要求越来越多,这就要求系统中的天线具有能够实现多种功能的能力或能够根据不同应用实现对应的性能指标,仅仅通过增加天线数量来增加天线功能或性能已经无法满足越来越复杂的空间任务要求,而发展天线可重构技术是应对该难题的一种办法。为了满足复杂多样的雷达工作模式要求,需要天线具有和波束、多种差波束、以及特定波束等波束的形成能力,要求天线功能强大,应用模式灵活。雷达系统空间应用要求天线具有较宽的波束扫描范围,并且具有在空域内的波束快速搜索能力,以及赋予雷达具有单脉冲测角功能,常规的相控阵天线因复杂的馈电网络结构以及大量的移相器使天线重量难以满足要求。电波束扫描反射阵天线作为一种可重构天线,结构简单,功耗低,增益高,已经被证明适合于许多空间应用。这种基于反射阵的阵列天线依靠反射馈源来波形成波束,并通过控制介质板开关矩阵的直流偏置电压改变每个单元反射相位,使辐射口面满足特定波束指向得口径辐射场来实现波束扫描。基于上述优点,这种天线作为一种新型的星载高增益波束电扫描天线,具有很强的技术优势和应用前景。在空间天线设计中,通过对一幅天线进行可重构设计以实现原本需要多个天线才能完成的功能,是缓解天线布设空间紧张的一个途径,也是增加新的功能应用、天线智能化实现飞行器高载荷集成度的迫切需要。在复杂空间飞行器应用中,降低天线数目对空间任务执行意义重大,天线数目的降低可以减小飞行器的重量和降低对天线布局空间的要求, 这有利于节约飞行器燃料、提高飞行能力或降低飞行器发射难度。目前,在进行复杂天基雷达应用中的空间非合作目标远距离跟踪与形态识别时, 需要设计新型天基雷达天线。要使天线既具有高增益性能以保证所要求的雷达作用距离以及对应口径所对应的分辨率,还要使天线能够在较宽角度范围内进行波束扫描以使雷达系统在指定空域内进行目标搜索与探测,要进行目标跟踪捕获必需的测距、测速以及测角信号获取,需要天线具有单脉冲性能。这样,满足该雷达系统要求的天线就需要一种单脉冲宽角波束电扫描的天线,能够根据系统要求实现天线性能调整,具有多种工作模式。现有的反射阵天线难以满足应用需求,无法实现在低剖面结构下实现的高增益波束扫描与单脉冲性能的结合。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足,提供一种结构简单、低剖面、高增3益的单脉冲宽角电扫描反射阵天线。本专利技术的技术解决方案是一种单脉冲宽角电扫描反射阵天线,包括可重构反射阵面、极化栅、偏置电压电路、波控机、控制处理器和馈源子系统;所述馈源子系统包括馈源、和/差波束形成网络和收发开关;所述极化栅与可重构反射阵面的口径等尺寸,位于可重构反射阵面上方;馈源的辐射口面与可重构反射阵面平齐并位于反射阵面中心,馈源、极化栅与可重构反射阵面组成了双反射结构;所述偏置电压电路、波控机和控制处理器放置在可重构反射阵面下方,以便于对反射阵面的控制以及相关线路的布设;所述偏置电压电路为可重构反射阵面提供偏置电压;所述控制处理器为波控机提供控制指令;波控机通过偏置电压电路对可重构反射阵面内每个单元的辐射相位进行控制。所述可重构反射阵面由基于极化旋转方式的单比特移相反射阵单元组成;单比特移相反射阵单元通过左向旋转90°或右向旋转90°使反射波极化方向与入射波正交,两种旋转状态对应的反射波具有相同的极化特性而等幅反相。所述馈源由4个方口喇叭堆积而成;所述和/差波束形成网络为4个具有宽带特性的魔T结构网络级联而成,其中魔T结构包括膜片、探针结构以及能提高带宽和端口匹配性能的脊波导结构;馈源与和/差波束形成网络结合,可以输出对应的和信号Σ、或差信号 Δ、或形成和/差波束。本专利技术与现有技术相比的优点在于(I)本专利技术的单脉冲宽角电扫描反射阵天线采用空间馈电方式即馈源照射极化栅反射后对阵面进行馈电,将极化栅结构应用于可重构反射阵天线中,馈源、极化栅与反射阵面组成了双反射结构。极化栅的应用使天线结构性能优异,便于天线馈源安装以及天线端口与雷达系统连接的天线结构,并使天线具有低剖面的紧凑结构特点。而且极化栅的应用使极化旋转反射阵单元用于单比特移相实现波束扫描的设计中可以采用双反射形式,简化了馈源设计。同时,可重构反射阵采用基于极化栅的双反射结构,而不是常见的单偏置结构,更与传统的波束合成网络相比,该馈电方式具有实现方式简单、馈电热耗小、易于对大型口径进行功率分配以实现高天线增益。(2)本专利技术中的可重构反射阵单元为一种基于极化旋转方式的单比特移相反射阵单元,通过左向旋转90°或右向旋转90°使反射波极化方向与入射波正交,两种旋转状态对应的反射波具有相同的极化特性,而等幅反相,即两种旋转状态对应两种相差180°的相位状态,这就是所谓的单比特移相对应的两种状态。这种通过极化旋转方式实现单比特移相的反射阵单元与极化栅进行结合具有很大优势,既有利于实现低剖面的双反射结构也不会产生结构遮挡问题,同时提高了辐射波束的极化纯度。(3)在本专利技术的双反射结构反射阵中应用了基于4喇叭的单脉冲馈源技术——通过宽带和/差波束形成网络,将雷达回波中的和/差信号进行提取,而对和信号端口进行雷达信号激励则可以实现雷达对目标的探测。以上技术的应用使该天线成为一种满足多功能应用要求的新型单脉冲宽角电扫描反射阵天线,使该天线不仅具有宽角度范围的波束扫描能力,还能够形成和/差波束,具有良好的天线应用特性。(4)本专利技术的波控系统采用波控主机和子阵波控模块相结合的方式,波控主机统一控制阵面各子阵,协调整个系统工作,子阵波控模块根据波控主机提供的波束指向要求, 雷达工作模式和工作频率等信息,快速完成波束稳定和子阵天线单元移相值的计算,最后通过单元控制机配合子阵计算机完成布相与单元偏置指今驱动,以实现对反射阵面反射相位矩阵状态的控制。(5)本专利技术的天线基于单脉冲馈源设计特点,原理简单,可以实现更宽的工作频段,同时该天线不仅可以使用该单脉冲馈源在不同的和/差波束形成网络同时输出和信号与差信号,也可以通过阵列综合使天线阵面移相分布不同而在不同时刻分别获得和/差波束,在一个天线端口按照时序输出和/差信号。(6)本专利技术的单脉冲宽角电扫描反射阵天线基于自身方案特点,具有原理简单、成本低、结构紧凑、应用方便等特点,具有很强的竞争力;该天线的方案设计思路不仅可以用于作为可重构天线的设计,也可以用于其它天线的多功能、智能化设计。附图说明图I为本专利技术天线的结构原理图;图2为可重构反射阵单元射频原理结构图;图3为可重构反射阵单元多层结构组成图;图4为反射阵单元端口转换参数的幅度曲线;图5为反射阵单元端口转换参数的传输系数相位曲线;图6为馈源子系统的拓扑图;图7为和/差波束形成网络结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图I所示,本专利技术的一种单脉冲宽角电扫描反射阵天线,包括可重构反射阵面I、极化栅2、偏置电压电路3、波控机4、控制处理器5和馈源子系统6 ;所述馈源子系统6包括馈源61、和/差波束形成网络62和收发开关63 ;所述极化栅2与可重构反射阵面I的口径等尺寸,位于可重构反射阵面I上方。馈源61的辐射口面与本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张明涛万继响宋文超柏宏武弓金刚
申请(专利权)人:西安空间无线电技术研究所
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有1条评论
  • 来自[北京市电信互联网数据中心] 2014年12月12日 18:16
    单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达它每发射一个脉冲天线能同时形成若干个波束将各波束回波信号的振幅和相位进行比较当目标位于天线轴线上时各波束回波信号的振幅和相位相等信号差为零当目标不在天线轴线上时各波束回波信号的振幅和相位不等产生信号差驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标这样便可测出目标的高低角和方位角从各波束接收的信号之和可测出目标的距离从而实现对目标的测量和跟踪
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