一种短波小型圆形接收天线阵制造技术

本发明专利技术涉及一种短波小型圆形接收天线阵，包括由若干单极子天线组成的小型均匀圆阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器。圆阵半径小于或等于波长的四分之一，根据所需要形成的方向图特点确定天线个数和圆阵半径，匹配网络用于和接收通道进行阻抗匹配，加权产生器按照圆阵分布状况和方向图特点产生权值，互耦校正器通过测量天线之间互耦情况形成校正数据，以校正生成的权值，加权器对天线单元进行加权。本发明专利技术在保证信噪比和角度分辨率的前提下，大大减小了占地面积，实现了便携式高频地波雷达天线阵，可以有效地探测海洋表面动力学参数。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线
，特别涉及高频地波雷达接收天线阵。
技术介绍
高频地波雷达是一种可以进行连续大面积海洋环境监测的重要探测设备，主要探测海洋表面风、浪、流、潮等海洋动力学参数和海面低空低速移动目标，对国民经济和国防建设有十分重要的意义。为了获得较窄的天线主瓣宽度，即为了获得较高的角度分辨率，接收天线阵的口径往往很大，阵列长度达到几十米甚至上千米，因此需要占用很大的“黄金海岸”面积，极大地增加了建设难度和建设成本，严重阻碍了高频地波雷达的推广和应用。
技术实现思路
针对传统高频地波雷达天线口径大的问题，本专利技术提出一种短波小型圆形接收天 线阵，该天线阵可以在保证一定信噪比的情况下获得与传统大口径天线阵相同的方向性系数和主瓣宽度，生成所需的方向图，并很容易实现360°全向扫描。本专利技术的技术方案为一种短波小型圆形接收天线阵，包括一个圆形小间距单极子天线阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器；圆形小间距单极子天线阵包括多个单极子天线，各单极子天线均匀排列在圆周上，圆形小间距单极子天线阵的半径小于或等于雷达工作波长的四分之一；每个单极子天线的输出端连接相应匹配网络的输入端，每个匹配网络的输出端经相应的雷达射频接收通道分别输入加权器；加权产生器所产生的权值输出到互耦校正器；互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，校正加权产生器所产生的权值并输入加权器，加权器根据由互耦校正器输入的校正后权值和相应雷达射频接收通道的输入对各个单极子天线进行加权，形成特定的方向图，支持360°全向扫描。而且，匹配网络为五阶宽带匹配网络。而且，单极子天线数目和圆形小间距单极子天线阵的半径根据预设的所要形成的方向图的特点确定；所述方向图的特点包括主瓣方向、主瓣宽度和旁瓣电平抑制值。而且，加权产生器按照单极子天线数目、圆形小间距单极子天线阵的半径和所要形成的方向图的特点，利用旁瓣约束下的最大化方向性系数法来计算各天线单元的加权值，计算过程包括以下子步骤，步骤1，输入参数，包括单极子天线数目N、圆形小间距单极子天线阵的半径I·、工作频率f。、主瓣方向( ,%)和旁瓣约束条件外^，仍):其中，Θ 3和死分别表示俯仰角和方位角，旁瓣约束条件片&的)表示第i个旁瓣所要约束的幅值；步骤2，根据阵元数N、圆阵半径r、工作频率fQ和主瓣方向(必况)，用最大化方向性系数法求出一组权值Wd ;步骤3，将权值wD作为阵列的加权向量计算方向步骤4，判断步骤3中方向图的旁瓣电平是否都小于或等于方向图特点中的旁瓣电平抑制值片1 )，是则将该组权值输出，结束流程，否则进入步骤5 ；步骤5，找出未满足要求的旁瓣的位置并添加旁瓣约束条件；步骤6，在当前的旁瓣约束条件下用最大化方向性系数法求出权值，求出新的wD，返回步骤3进行计算，直到旁瓣电平都满足要求，输出当前的权值wD。而且，互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，实现方式为用S参数生成阵列的互阻抗矩阵，用互阻抗矩阵作为校正数据对加权产生器所产生的权值进行校正；所述S参数是在天线和匹配网络连接之前采用双端口网络分析仪直接在实际工作环境中测量得到。本专利技术的有益效果是，在保证一定信噪比和角度分辨率的前提下，大大减小了占地面积，实现了便携式高频地波雷达天线阵，可以有效地探测海洋表面动力学参数。附图说明图I是本专利技术实施例的结构示意图。图2是本专利技术实施例的匹配网络结构示意图。图3是本专利技术实施例的8元圆阵主瓣指向15°时阵元加权示意图。图4是本专利技术实施例的8元圆阵逆时针轮换加权后主瓣指向60°时阵元加权示意图。图5是本专利技术实施例的旁瓣电平约束下最大化方向性系数综合法计算流程图。图6是本专利技术实施例的用网络分析仪测量两天线间S参数示意图。图7是本专利技术实施例的频率IOMHz时8元半径2. 5m圆阵主瓣指向90°的方向图。图8是本专利技术实施例的频率IOMHz时8元半径2. 5m圆阵旁瓣抑制值为10dB、主瓣指向90°的方向图。具体实施例方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术技术方案。参见图1，本专利技术实施例提供的短波小型圆形接收天线阵，包括一个圆形小间距单极子天线阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器。圆形小间距单极子天线阵包括多个单极子天线，各单极子天线均匀排列在圆周上，圆形小间距单极子天线阵的半径小于或等于雷达工作波长的四分之一。为便于描述器件，以下将短波小型圆形接收天线阵简称圆阵。匹配网络用于和雷达射频接收通道进行阻抗匹配；加权产生器按照圆阵分布状况和方向图特点产生权值，所产生的权值输出到互耦校正器；互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，校正加权产生器所产生的权值并输入加权器；加权器根据由互耦校正器输入的校正后权值和相应雷达射频接收通道的输入对各个单极子天线进行加权，形成特定的方向图，支持360°全向扫描。每个单极子天线作为一个天线单元，设共有N个单极子天线D1、D2、D3、D4…DN均匀地排列在圆周上，圆阵半径小于或等于雷达工作波长的四分之一，并由支架撑起。圆阵半径小于或等于波长的四分之一属于超方向性天线阵列的间距要求，因此可以获得和大口径阵列天线相同的方向性系数。单极子天线的高度及直径可以根据增益大小、重量要求和抗风要求来选择。天线个数和圆阵半径由所要形成的方向图的特点来确定，例如主瓣方向、主瓣宽度和旁瓣电平抑制值，本领域技术人员可以根据需求预先设定所要形成的方向图的特点。可以先根据雷达性能要求确定天线主瓣方向和旁瓣抑制值，然后在能达到所需主瓣宽度的情况下，用现有的最大化方向性系数法用计算机仿真来优化天数个数和圆阵半径，最大化方向性系数法在下述有详述的推导和步骤。即先根据天线阵小型化的要求，选用适当数量的天线和适当的圆阵半径，并且圆阵半 径小于或等于雷达工作波长的四分之一，在计算机中用最大化方向性系数法求出天线的方向图，看方向图的主瓣宽度是否小于所需的主瓣宽度，如果小于即满足要求，否则需增加天线个数或者增大圆阵半径(但不能超过雷达工作波长的四分之一)。理论证明，适当增加天线个数可以减小主瓣宽度。直到主瓣宽度满足要求为止。实施例中，圆阵作为高频地波雷达的接收天线阵，工作频率为7. 5MHz — 25MHz，各天线单元的高度是2m,采用宽频带全向单极子天线,在7. 5MHz一25MHz频带内，其驻波比小于2，并且变化平缓。在圆阵阵型确定前，实施例根据方向图的特点来优化天线数目和圆阵半径。在高频地波雷达中，当工作频率在7. 5MHz-10MHz时，要求各个扫描方向上的主瓣宽度小于35°。在综合时发现，圆阵半径小于3m时，能够让主瓣宽度小于35°所需的最小阵元数是8，所以采用8根天线，圆阵半径可以根据小型化的程度和主瓣宽度的变化综合选择。由于在高频段，外部噪声大于系统内部噪声，因此当天线阵列缩小时，天线接收到的信号和噪声同比例地减小，即信噪比不变，这是高频天线阵小型化的理论依据。圆阵的加权方式比较简单，由于各天线单元均匀排列，指向各个方向的方向图呈周期分布，因此只需求出一个周期内所需天线方向图的加权值，然后将阵元轮换加权，即可形成指向其他方向的方向图。为此，实施例提供了加权产生器和互耦校正器。所述的加权产生器，即按照天线个数、圆阵半径和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短波小型圆形接收天线阵，其特征在于：包括一个圆形小间距单极子天线阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器；圆形小间距单极子天线阵包括多个单极子天线，各单极子天线均匀排列在圆周上，圆形小间距单极子天线阵的半径小于或等于雷达工作波长的四分之一；每个单极子天线的输出端连接相应匹配网络的输入端，每个匹配网络的输出端经相应的雷达射频接收通道分别输入加权器；加权产生器所产生的权值输出到互耦校正器；互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，校正加权产生器所产生的权值并输入加权器，加权器根据由互耦校正器输入的校正后权值和相应雷达射频接收通道的输入对各个单极子天线进行加权，形成特定的方向图，支持360°全向扫描。

【技术特征摘要】
1.一种短波小型圆形接收天线阵，其特征在于包括一个圆形小间距单极子天线阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器； 圆形小间距单极子天线阵包括多个单极子天线，各单极子天线均匀排列在圆周上，圆形小间距单极子天线阵的半径小于或等于雷达工作波长的四分之一； 每个单极子天线的输出端连接相应匹配网络的输入端，每个匹配网络的输出端经相应的雷达射频接收通道分别输入加权器； 加权产生器所产生的权值输出到互耦校正器；互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，校正加权产生器所产生的权值并输入加权器，加权器根据由互耦校正器输入的校正后权值和相应雷达射频接收通道的输入对各个单极子天线进行加权，形成特定的方向图，支持360°全向扫描。2.根据权利要求I所述的短波小型圆形接收天线阵，其特征在于匹配网络为五阶宽带匹配网络。3.根据权利要求I所述的短波小型圆形接收天线阵，其特征在于单极子天线数目和圆形小间距单极子天线阵的半径根据预设的所要形成的方向图的特点确定；所述方向图的特点包括主瓣方向、主瓣宽度和旁瓣电平抑制值。4.根据权利要求3所述的短波小型圆形接收天线阵，其特征在于加权产生器按照单极子天线数目、圆形小间距单极子天线阵的半径和所要形成的方向图的特点，利用旁瓣约束下的最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泽宗，张龙刚，陈曦，赵晨，曾耿斐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：