一种单极子／正交有源环天线，其特征在于由下列部件组成，其连接关系是： 在天线底座板（ＤＺ）上，安装有一个防水盒（Ｈ）和防水盖（Ｇ）；在防水盒（Ｈ）内，安装有电路板（ＤＢ）及屏蔽盒（ＰＢ）；电路板（ＤＢ）正面沿防水盒（Ｈ）对角线安装有两个水平正交的环天线（ＡＡ）、环天线（ＢＢ）及单极子插座，其反面安装有天线放大装置（Ｆ）中除环天线（ＡＡ）、环天线（ＢＢ）以外的所有电路；单极子（Ｃ）垂直安装在防水盖（Ｇ）的中心，并插入电路板（ＤＢ）中心的单极子插座内；天线底座板（ＤＺ）的四角水平安装有振子（Ｄ）； 天线放大装置（Ｆ）由并联谐振电路（Ｆ１）、抗干扰网络（Ｆ２）、放大器（ＩＣ）、电涌放电器（Ｍ）、抗共模干扰扼流圈（Ｌ↓［６］）、（Ｌ↓［７］）、（Ｌ↓［８］）等组成，其中： 环天线（ＡＡ）的天线放大装置（Ｆ↓［ＡＡ］）为并联谐振电路（Ｆ１）、抗干扰网络（Ｆ２）、放大器（ＩＣ）、抗共模干扰扼流圈（Ｌ↓［６］）依次连接； 环天线（ＢＢ）的天线放大装置（Ｆ↓［ＢＢ］）为并联谐振电路（Ｆ１）、抗干扰网络（Ｆ２）、放大器（ＩＣ）、抗共模干扰扼流圈（Ｌ↓［７］）依次连接； 单极子（Ｃ）、电涌放电器（Ｍ）、抗共模干扰扼流圈（Ｌ↓［８］）依次连接； 环天线（ＡＡ）、环天线（ＢＢ）和单极子（Ｃ）的输出通过抗共模干扰扼流圈（Ｌ↓［６］）、（Ｌ↓［７］）、（Ｌ↓［８］），分别与环天线放大装置所需直流电源“多路复用”三个ＢＮＣ电缆插头相接，后者通过５０欧姆电缆连到三通道接收机。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种高频雷达小型天线，具体地说，涉及一种由一个单极子和两个正交的环天线组成的用于高频海态雷达的天线。
技术介绍
用于探测海洋表面流、海浪和风场的高频海态雷达，为了实现雷达波束方位扫描，往往采用相控阵天线。为了增大探测距离，这种雷达的工作频率很低，一般为几兆赫兹到十几兆赫兹，天线阵长一般达几百米甚至几千米。如加拿大研制的高频地波雷达GWR(IEEEJ.O.E.，Vol.19，No.4,540，1994.)建设在海边1,500米的狭长地带上，接收天线为40元振子，阵长800米；发射天线为对数周期天线，主塔高40米，距离接收天线阵中心800米。这种雷达天线造价高，占地面积大，而在海边很难找到可提供建造这种雷达站的合适地带，从而限制了这种雷达的广泛应用。因此，如何简化高频海态雷达天线结构、减小天线尺度一直是人们广泛关心的技术难题。美国专利U.S.Pat.No.4172255为近岸海洋动力学应用雷达(CODAR)专利技术了一种交叉环/单极子(crossed-loops/monopole)天线及其相应的雷达数据处理方法，这种三单元天线系统结构紧凑，占地很少，架设和维护十分方便，特别适合近程高频海态雷达。但美国CODAR的交叉环/单极子天线电路中采用了价格昂贵的混合接头(Hybrid Juction，魔T)及单片微波集成电路，成本很高，不利于推广应用。
技术实现思路
本技术的目的是要克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种高性价比的、适用于近岸高频海态雷达的单极子/正交有源环天线。具体地说，一是采用了与CODAR不同的电路，特别是环天线放大装置是以具有高输入阻抗的低噪声宽带跨导放大器IC为核心组成的带通放大装置，在保证相同技术指标的前提下大大降低了成本；二是改进的抗干扰网络避免了输出信号的附加相移，并提高了信噪比。为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案如下由一个垂直单极子和两个水平面内正交的环天线组成，其中环天线放大装置是以具有高输入阻抗的低噪声宽带跨导放大器IC为核心组成的带通放大器；三个天线单元相互正交且具有共同的相位中心，其输出在雷达接收机中经过特定的信号处理合成心形波束，从而方便地实现雷达探测方位扫描。1)由一根长为h(1.5m)的垂直单极子和水平面内相互正交的两个环天线组成；每个环天线对称地绕在两组共轴的短波铁氧体磁棒上，环线圈绕组总长l远小于雷达波长λ(比如l＜λ/10)，保障高频信号电流沿环线圈接近均匀分布，使环天线在水平面内的方向性图成典型的8字形。每个环天线的两半在中间隔开，在它们的中心安装垂直单极子，这就保障了三个相互正交的电小天线具有共同的相位中心。2)由于在同一电波的激励下环天线的输出比单极子的输出小得多(约20dB)，而雷达信号处理需要它们具有相等的电平，故单极子不接前置放大器，环天线接有前置放大器，组成有源环。调整两个铁氧体环天线参数和射频放大器增益，使其输出与单极子输出相当，它们的相等的电平要进一步在接收机信号处理软件中实现，按照美国CODAR信号处理方法，实现雷达天线的方位角扫描。3)环天线放大装置是以具有高输入阻抗的低噪声宽带跨导放大器IC为核心组成的低噪声带通放大装置，独立地调整输出端并联阻容值和跨导网络阻容值能使放大装置频带宽度覆盖雷达工作带宽；调整输出端负载电阻与跨导网络电阻之比能使放大装置获得足够的增益。4)环天线的特殊绕制方法使环天线只对入射电波的磁场分量敏感，而对同一电波的电场分量不敏感，即环天线对电场具备了某种屏蔽作用，这就有效抑制了人为干扰的感应场，从而明显提高了信噪比。5)环天线与外接电容组成并联谐振电路，通过两路由齐纳二极管组成的抗干扰网络对称地连接到天线放大器的两个差动输入端。齐纳二极管对浪涌电压钳位，有效抑制了强干扰。齐纳二极管电容构成环天线并联调谐电容的一部分。抗干扰网络还有低通滤波作用。总之，铁氧体环天线并联调谐电路、齐纳二极管抗干扰网络与低噪声带通放大器一体化设计，实现低噪声带通有源环天线，其通频带覆盖了预定的雷达工作频率范围，其增益满足环天线输出与单及子输出电平相等的要求。6)单极子和两个环天线的输出通过采用三根等长度的相同型号电缆共同绕在一组磁环上的抗共模干扰扼流圈，分别与环天线放大装置所需直流电源“多路复用”三个BNC电缆插头相接，后者通过50欧姆电缆连到三通道接收机。7)本技术提供的单极子/正交有源环天线用一个高强度玻璃钢防水盒安装，固定在一块正方形的合金铝板上。方形合金铝板的四角沿径向水平安装1.5米长振子，用于减少天线地电流损耗，从而提高天线效率。本技术具有以下优点和积极效果①这种天线结构紧凑，占地面积小，架设与维护方便；②环天线放大装置采用高性价比的集成芯片，电路简单，调试方便，成本低廉；③玻璃钢防水盒强度高，防紫外辐射、防盐雾腐蚀性能好，使用寿命长。附图说明图1—本技术组成图；图2—环天线放大装置组成框图；图3—环天线放大装置电原理图；图4—环天线放大装置合成信号心形波束扫描方案图。其中H—防水盒，一种高强度玻璃钢防水正方形盒；G—防水盖，一种高强度玻璃钢防水正方形盖，与防水盒H配套；AA、BB—环天线，一种铁氧体环天线，；A1、A2—环天线输出端；C—单极子，一种高为1.5米的合金铝管制成的鞭天线；DB—电路板，一种水平双面印刷电路板；PB—屏蔽盒，一种合金铝板屏蔽盒；DZ—天线底座板，一块正方形的合金铝板；D——振子，一种长为1.5米的合金铝管鞭(类似于单极子)；作为单极子C的“接地网”，减少天线地电流损耗，提高天线效率；F—天线放大装置；FAA—环天线AA的天线放大装置；FBB—环天线BB的天线放大装置； F1—并联谐振电路，由绕在两组高频铁氧体棒上的串联电感L1、L2与外接的串联电容C1、C2并联组成；F2—抗干扰网络，由齐纳二极管D1、D2和电阻R1以及D3、D4和R2组成；D1、R1、D2和D4、R2、D3依次分别接成两个π型滤波电路，其中D1-D4的正端在对称中点接地；IC—放大器，为以一种具有高输入阻抗的低噪声宽带跨导集成电路为核心组成的带通放大器；本实施例选用MAX436。M—电涌放电器，一种用于防雷的装置；D1、D2、D3、D4—齐纳二极管；R1、R2—电阻；L6、L7、L8—抗共模干扰扼流圈；φ—以环A轴为基准的水平方位角；ψ—需要的波束最大值方向；S(φ)—来自方位角φ的信号。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明。1、如图1所示，本技术由下列部件组成，其连接关系是在天线底座板DZ上，安装有一个防水盒H和防水盖G；在防水盒H内，安装有电路板DB和屏蔽盒PB；电路板DB其正面沿防水盒(H)对角线安装有两个水平正交的环天线AA、BB及单极子插座，其反面安装有天线放大装置F中除环天线AA、BB以外的所有电路，电路板DB的正面覆铜板和与天线底座板DZ连一起的屏蔽盒PB对天线放大装置F安装在DB反面的电路起屏蔽作用；单极子C垂直安装在防水盖G的中心，并插入电路板DB中心的单极子插座内。两个环天线AA、BB分别由两组长为l、直径为2a的短波磁棒上的两半组成，它们在电路板DB的正面沿防水盒H对角线水平固定，且环天线AA与环天线BB正交；每个环天线的两半之间留一适当空隙，在该空隙本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴世才，文必洋，吴雄斌，石振华，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：
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