一种超短波取样天线阵列及其建立方法技术

本发明专利技术提供一种用于干扰对消的超短波取样天线建立方法，以解决通信电台在复杂电磁环境抗干扰中信号取样问题，涉及干扰对消和多天线技术领域。干扰对消是目的，关键在信号取样，取样天线阵列性能与干扰对消需求紧密相关。首先，依据干扰对消需求，设计取样天线阵列。工作频段由通信系统决定，单元天线间距是根据互耦影响和差异化原则设计，单元天线规模与干扰源数量相关。然后，依据干扰对消需求，设计具备宽带高增益的单元天线。单元天线的极化特性、驻波比、增益以主天线为参考，并根据对消需求进行改进。最后，进行参数优化和结构设计。加载网络和匹配网络的元件参数以驻波比和增益为优化目标，结构设计需考虑通信系统天线的环境。结构设计需考虑通信系统天线的环境。结构设计需考虑通信系统天线的环境。

【技术实现步骤摘要】
一种超短波取样天线阵列及其建立方法


[0001]本专利技术属于天线
，更具体地，涉及一种用于干扰对消的超短波取样天线阵列及其建立方法。

技术介绍

[0002]干扰与抗干扰技术相生相克，不断发展，超短波通信抗干扰技术的研究发展与应用受到越来越多的关注。但是通信电台常面临较恶劣的使用环境，易受各种有意无意的干扰影响，尤其是面向对抗条件的强干扰，从而无法正常工作。干扰对消技术是解决射频干扰问题的重要技术手段，其原理是调整参考天线和取样天线阵接收信号的增益并合成，完成接收端干扰信号的消除。为了保证通信距离，参考天线通常使用通信终端原有天线，故取样天线阵设计至关重要，直接影响干扰对消性能。
[0003]取样天线阵布置于通信天线附近，具有一定的空间距离，在空间中对信号进行取样，用于干扰对消装置的自适应权值调整。取样天线阵中每个辐射体都对应一个信号处理通道，辐射体越多，则干扰对消处理的复杂度越高。取样天线阵的间距影响干扰对消性能和阻抗匹配难易程度。当天线间距过大时，阵列方向图会产生栅瓣，水平方向上会产生盲区。当天线间距过小时，阵元之间互耦影响比较大，会对天线的阻抗特性和辐射性能造成较大影响。
[0004]由于超短波通信的工作频带较宽，天线在整个工作频带内输入阻抗对频率变化很敏感，波动较大，这给宽带天线的阻抗匹配带来较大困难。取样天线阵中振子长度影响阻抗匹配难以程度，振子长度越小，低频段的输入电阻越小，容抗越大，天线阻抗匹配越难。振子长度越大，在高频段水平方向的增益由于方向图上翘导致剧烈减小。因此，如何结合干扰对消需求，综合考量振子尺寸、间距等参数是亟待解决的问题。
[0005]现有天线阵方案在大带宽内的信号接收增益波动较大，且没有融合超短波干扰对消需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于干扰对消的超短波取样天线阵列，旨在解决现有天线阵方案中存在增益宽带化不足以及难以满足干扰对消需求的问题。
[0007]本专利技术提供了一种超短波取样天线阵列，包括：单元天线、撑杆、主杆、加载网络和匹配网络；单元天线有多个，均为偶极子形式，呈3元或4元圆形分布，用于接收信号；撑杆用于连接多个单元天线和主杆用于固定单元天线；加载网络设置于单元天线上，用于实现单元天线的初次阻抗匹配；匹配网络设置于单元天线的馈电前端，用于实现单元天线的再次阻抗匹配。
[0008]更进一步地，单元天线包括结构相同的上辐射体和下辐射体，上辐射体包括：护罩、天线振子和第三法兰盘；天线振子的状态决定天线的效果，护罩与第三法兰盘通过环氧
胶连接。
[0009]更进一步地，撑杆包括：金属管、三通和两个第一法兰盘；第一法兰盘用于连接单元天线和主杆，并保证在连接上辐射体和下辐射体后与支柱平行；金属管的一端与单元天线固定连接，另一端与第一法兰盘固定连接；三通用于导通上辐射体和下辐射体中的天线振子。
[0010]更进一步地，主杆包括：垫块、骨架、支柱、馈线口和第二法兰盘；垫块置于顶端，用于在拆装运输时保护三通及其插针；骨架的侧面与各撑杆相连，骨架的底端与支柱相通，用于馈线和固定；支柱用于固定并保证骨架与第二法兰盘平行；馈线口设置在第二法兰盘壁上，用于信号馈线输出；第二法兰盘置于支柱上，用于天线阵列的安装和固定。
[0011]更进一步地，匹配网络包括：传输线变压器和LC网络；传输线变压器并联在单元天线的两端，LC网络与传输线变压器串联。
[0012]本专利技术还提供了一种基于上述的超短波取样天线阵列的建立方法，包括下述步骤：S1：根据超短波通信受干扰场景获得取样天线阵列工作频段和单元天线数量；S2：根据单元天线间的互耦分析、干扰对消技术对接收信号差异性的要求和工作频段获得单元天线间距；S3：根据对消算法和通信灵敏度获得单元天线的驻波比和增益指标；S4：根据干扰对消技术对方向图的要求获得单元天线的形式和单元天线的极化方式；S5：根据所述单元天线的驻波比和增益指标，并通过引入加载网络和匹配网络，建立一种具有稳定增益的宽带天线；S6：根据所述取样天线阵列工作频段和单元天线数量获得取样天线阵列规模和数量设计。
[0013]更进一步地，步骤S2具体包括：S21：调整天线距离并测试通道间隔离度；S22：通过分析通道隔离度差异对干扰对消性能的影响，获得最小隔离度需求；S23：根据通信信噪比、干信比需求，计算干扰对消后信干噪比；S24：在超短波通信频段、不同来向干扰下，计算不同天线间距的通信状态；S25：根据通信恢复阈值和不同间距下的通信状态，统计不同天线间距下的通信盲区；S26：基于不同天线间距下的通信盲区，选择最小盲区下的最优天线间距。
[0014]更进一步地，步骤S4具体包括：S41：获得不同长度下输入阻抗和增益以及单元天线的单臂长度；S42：根据主天线极化和方向图特性，单元天线相关参数与之一致；某型电台天线为垂直线极化，则单元天线的形制为垂直线极化；S43：根据干扰对消对单元天线取样方向的需求，确定单元天线形制。干扰来波方向不定，且单元天线主要用于取样干扰信号，故单元天线需具有取样全向性；S44：根据安装环境对取样天线阵列尺寸的要求以及单、偶极子在宽频带的增益曲线获得偶极子。
[0015]更进一步地，步骤S5具体包括：S51：根据上、下辐射体的结构建立所述上辐射体和所述下辐射体，其中，所述上辐射体和所述下辐射体结构相同，均由护罩、振子和法兰盘组成，且高度小于1m；振子由薄壁铜管及加载器件焊接而成；所述护罩由环氧玻璃纤维布缠绕而成并与所述法兰盘环氧胶接；S52：阻抗匹配，上下振子均设置加载网络，采用集总元件加载技术，由低值阻抗元件通过串/并联方式组成，实现天线初次阻抗匹配；馈电前端设置匹配网络，采用宽带匹配技术，由传输线变压器和LC网络通过并联方式组成，LC网络由电抗元件通过串/并联方式组成，实现天线与馈线之间的再次阻抗匹配，天线驻波比小于等于3；S53：参数优化，天线辐射体加载和匹配网络的电路元件值可以通过智能优化算法获得，为使得天线在工作频带内的驻波比最小和增益最大，构建优化目标函数：；式中，分别代表频率为时天线的增益，是额定增益，为一个调节参数，其作用在于权衡天线的阻抗宽带特性和增益特性，是每个频点上驻波比的加权值，其取值取决于的相对重要程度，它一方面保留好的驻波比值，另一方面舍弃差的驻波比值。很明显，目标函数的值越小优化效果越好。
[0016]更进一步地，智能优化算法包括遗传算法、粒子群算法、野草优化算法、蝗虫优化算法等。对于d维优化变量的实际问题，使得f（x）在定义域[x
min
,x
max
] 内获得最小值是算法的优化目标，其中x
o
=（x1,
…
x
d
）为最优解集。此处以蝗虫优化算法举例说明优化步骤：S531：蝗虫种群初始化：在解空间[x
min
,x
max
]内对每个蝗虫的位置进行初始化，对参数c的最大值和最小值以及迭代次数进行初始化。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短波取样天线阵列，其特征在于，包括：单元天线（1）、撑杆（2）、主杆（3）、加载网络（4）和匹配网络（5）；所述单元天线（1）有多个，均为偶极子形式，呈3元或4元圆形分布，用于接收信号；所述撑杆（2）用于连接多个单元天线（1）和所述主杆（3），用于固定所述单元天线（1）；所述加载网络（4）设置于所述单元天线（1）上，用于实现所述单元天线（1）的初次阻抗匹配；所述匹配网络（5）设置于所述单元天线（1）的馈电前端，用于实现所述单元天线（1）的再次阻抗匹配。2.如权利要求1所述的超短波取样天线阵列，其特征在于，所述单元天线（1）包括结构相同的上辐射体和下辐射体，所述上辐射体包括：护罩（11）、天线振子（12）和第三法兰盘（13）；所述天线振子（12）的状态决定天线的效果，所述护罩（11）与所述第三法兰盘（13）通过环氧胶连接。3.如权利要求2所述的超短波取样天线阵列，其特征在于，所述撑杆（2）包括：金属管（22）、三通（23）和两个第一法兰盘（21）；所述第一法兰盘（21）用于连接所述单元天线（1）和所述主杆（3），并保证在连接所述上辐射体和所述下辐射体后与所述主杆（3）中的支柱（33）平行；所述金属管（22）的一端与所述单元天线（1）固定连接，另一端与所述第一法兰盘（21）固定连接；所述三通（23）用于导通所述上辐射体和所述下辐射体中的所述天线振子（12）。4.如权利要求3所述的超短波取样天线阵列，其特征在于，所述主杆（3）包括：垫块（31）、骨架（32）、支柱（33）、馈线口（34）和第二法兰盘（35）；所述垫块（31）置于顶端，用于在拆装运输时保护三通（23）及其插针；所述骨架（32）的侧面与各撑杆（2）相连，所述骨架（32）的底端与所述支柱（33）相通，用于馈线和固定；所述支柱（33）用于固定并保证骨架（32）与第二法兰盘（35）平行；所述馈线口（34）设置在所述第二法兰盘（35）壁上，用于信号馈线输出；所述第二法兰盘（35）置于支柱（33）上，用于天线阵列的安装和固定。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的超短波取样天线阵列，其特征在于，所述匹配网络（5）包括：传输线变压器（51）和LC网络（52）；所述传输线变压器（51）并联在单元天线（1）的两端，所述LC网络（52）与所述传输线变压器（51）串联。6.一种基于权利要求1
‑
5任一项所述的超短波取样天线阵列的建立方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：根据超短波通信受干扰场景获得取样天线阵列工作频段和单元天线数量；S2：根据单元天线间的互耦分析、干扰对消技术对接收信号差异性的要求和工作频段获得单元天线间距；S3：根据对消算法和通信灵敏度获得单元天线的驻波比和增益指标；S4：根据干扰对消技术对方向图的要求获得单元天线的形式和单元天线的极化方式；S5：根据所述单元天线的驻波比和增益指标，并通过引入加载网络和匹配网络，建立一
种具有稳定增益的宽带天...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇，王衡峰，葛松虎，孟进，张嘉毫，李亚星，邢金岭，吴灏，罗康，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：