CN102509899A

CN102509899A - 一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线

Info

Publication number: CN102509899A
Application number: CN2011103040261A
Authority: CN
Inventors: 石振华; 吴世才; 徐新军; 杨振卫; 赵华志; 石新智
Original assignee: WUHAN DEVICES ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN DEVICES ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: CN102509899B

Abstract

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及到一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其不同之处在于：它包括单极子收发共用天线体、收发共用天线开关、第一电调谐环天线、控制脉冲形成电路、控制电压形成电路、第一电调谐环天线收发控制电路，第二电调谐环天线，第二电调谐环天线收发控制电路；本发明能解决因地波雷达天线系统占地面积较大，从而引发的雷达目标较大、易于损毁、不容易找到理想的架设场地等问题。

Description

一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及到一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线。

背景技术

高频地波雷达探测海洋状态参数或探测海面上的移动目标，其收发天线目前有两种形式，一种接收天线是阵列式相控阵天线，发射天线是八木天线，该天线体积庞大，占地面积宽，一般是300米——1000米不等，容易受到破坏。另一种是紧凑式天线，使用一个单极子和两个相互正交的环天线组合在一起的所谓单极子交叉环天线，发射天线也是八木天线。图1是现有技术中的相控阵雷达接收天线示意图；图2是现有技术中单极子交叉收、发天线示意图，收、发天线相距20-40米。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线，从而能解决地波雷达天线系统占地面积较大的问题。

为解决以上发明目的，本发明的技术方案为：一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其不同之处在于：它包括单极子收发共用天线体、收发共用天线开关、第一电调谐环天线、控制脉冲形成电路、控制电压形成电路、第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线、第二电调谐环天线收发控制电路；单极子收发共用天线体包括环天线接收体，第一电调谐环天线、第二电调谐环天线设置在环天线接收体内，环天线接收体的上、下部分别设置有上辐射体、下辐射体，下辐射体的下部连接有天线馈电基座，天线馈电基座中设置有与收发共用天线开关相连接的电缆接头和相应的控制电缆；收发共用天线开关包括发射支路开关和接收支路开关；发射支路开关的输入信号一路来自发射机，另一路输入信号为来自控制脉冲形成电路输出的控制脉冲；发射支路开关的输出信号一路送到单极子收发共用天线体，另一路送接收支路开关；接收支路开关的输入信号分别来自单极子收发共用天线体和控制脉冲形成电路，输出信号送系统接收机；第一电调谐环天线、第二电调谐环天线输入信号一路来自空中的电磁波，另一路来自控制电压形成电路的控制电压，第一电调谐环天线的输出信号送至第一电调谐环天线收发控制电路，第二电调谐环天线的输出信号送至第二电调谐环天线收发控制电路；第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线收发控制电路的输入端口均与控制脉冲形成电路相连接，第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线收发控制电路的输出信号送至系统接收机；控制电压形成电路的输入信号来自系统单片机。

按以上方案，所述发射支路开关由一个大电流PIN管及其相关电路组成。

按以上方案，所述接收支路开关由一个高反压的PIN管和两个低压的开关芯片组成。

按以上方案，所述环天线接收体中的第一电调谐环天线、第二电调谐环天线互相垂直设置。

对比现有技术，本发明具有以下优点和积极效果：

本发明所涉及的单极子收发共用天线体的外形结构分为四部分：环天线接收体、上辐射体、下辐射体、天线馈电基座，第一电调谐环天线、第二电调谐环天线设置在环天线接收体内，上辐射体、下辐射体分别设置在环天线接收体的上、下部，下辐射体的下部连接有天线馈电基座，天线馈电基座中设置有与收发共用天线开关相连接的电缆接头和相应的控制电缆，该单极子收发共用天线体的结构坚固可靠，收、发功能集中于一体，有效解决了地波雷达天线系统占地面积较大，从而造成雷达的目标较大，易于损毁，不容易找到理想的架设场地等问题。

控制电压形成电路目的是形成一组对第一电调谐环天线、第二电调谐环天线的控制电压，以改变环天线的接收频率。在需要改变雷达工作频率时，由系统计算机发出相应的控制码，经D/A变换成相应的控制电压。

第一电调谐环天线收发控制电路和第二电调谐环天线收发控制电路的功能是相同的，就是为了确保在雷达发射时，两个环天线即第一电调谐环天线和第二电调谐环天线是关闭的，而在不发射的期间，两个环天线处于接收状态。第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线收发控制电路的输出分别连接系统接收机的相应接收通道。

进一步的，由于环天线接收体中设置有两个位置互相垂直的第一电调谐环天线、第二电调谐环天线，从而得到两个互为正交的信号用以判断回波信号来自哪个方向。

由于收发天线共用，大大节省了天线场地的建设费用，使得雷达站尤其是海边的雷达站点的选址就更容易，为建设移动雷达站提供了更为方便的途径，也节约了雷达的设计成本。

附图说明

图1是现有技术中的相控阵雷达接收天线示意图；

图2是现有技术中单极子交叉收、发天线示意图；

图3是本发明提供的单极子收发共用天线体的结构示意图；

图4是本发明提供的应用在高频地波雷达上的收发共用天线的电路框图；

图5是本发明提供的收发共用天线开关的电路框图；

图6 是图5中的接收支路天线开关的电路框图；

图7是本发明提供的控制脉冲形成电路的框图；

图8是本发明提供的控制电压形成电路原理图；

图9是本发明提供的收发共用天线开关和控制脉冲形成电路原理图；

图10是本发明提供的电调谐与收发共用环天线的电路原理图；

图11是本发明提供的第一电调谐环天线、第二电调谐环天线的位置分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

如图4所示，本发明实施例一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线，它包括单极子收发共用天线体1、收发共用天线开关2、第一电调谐环天线3、控制脉冲形成电路4、控制电压形成电路5、第一电调谐环天线收发控制电路6，第二电调谐环天线7，第二电调谐环天线收发控制电路8。收发共用天线开关2包括发射支路开关2-1和接收支路开关2-2；发射支路开关2-1的输入信号一路来自发射机，另一路输入信号为来自控制脉冲形成电路4输出的控制脉冲；发射支路开关2-1的输出信号一路送到天线馈电基座1-4中的电缆接头J8，另一路送接收支路开关2-2；接收支路开关2-2的输入信号来自电缆接头J8和控制脉冲形成电路4，输出信号送系统接收机；第一电调谐环天线3、第二电调谐环天线7输入信号一路来自空中的电磁波，另一路来自控制电压形成电路5的控制电压，第一电调谐环天线3的输出信号送至第一电调谐环天线收发控制电路6，第二电调谐环天线7的输出信号送至第二电调谐环天线收发控制电路8；第一电调谐环天线收发控制电路6、第二电调谐环天线收发控制电路8的输入端口均与控制脉冲形成电路4相连接，第一电调谐环天线收发控制电路6、第二电调谐环天线收发控制电路8的输出信号送至系统接收机；控制电压形成电路5的输入信号来自系统单片机。

图3是本发明提供的单极子收发共用天线体的结构示意图。

如图3所示，图中的上辐射体1-1由一根外层裹了一层玻璃钢材料的金属铜线构成，它和下辐射体1-3用一根软电缆连接起来。环天线接收体1-2内设置有两根互相垂直放置的磁棒天线（即第一电调谐环天线3、第二电调谐环天线7）及其相应的电路，它接收空间电磁波，输出信号和控制信号均和雷达系统主机相连。而连接上、下辐射体的软电缆穿过这一部分，和这一部分电路没有什么关系。下辐射体1-3由一根耐腐蚀的空心的合金铝管组成，上部它通过软电缆和上辐射体相连，下部和天线馈电基座1-4相连接，天线馈电基座1-4中设置有与收发共用天线开关相连接的电缆接头J8和相应的控制电缆；天线馈电基座1-4为一个绝缘的基座，接收天线体的控制电缆、输出电缆均从这里送到系统接收机。

如图5所示，收发共用天线开关2的具体电路机构由两部分组成，如图5所示，图中发射支路开关2-1由一个大电流的PIN管构成，它有两个输入，两个输出，一路输入来自系统的发射机送出的200瓦RF信号，另一路输入来自系统时序输出的控制脉冲TP。输出信号一路接入收发共用天线体的电缆接头J8，一路连接接收支路开关2-2。图中的接收支路开关2-2由三个开关串联而成。如图6所示，图中的开关2-2-1是一个由高反压PIN管及其相关电路组成，它有两个输入，一个输出，一个输入来自收发共用天线体的电缆接头J8，另一个输入来自控制脉冲形成电路4，输出连接开关2-2-2。开关2-2-2 它也有两个输入，一个输出，其中一个输入来自开关2-2-1的输出，另一个输入来自控制脉冲形成电路4，输出连接开关2-2-3。开关2-2-3 它有两个输入，其中一个连接到开关2的输出，另一个来自控制脉冲形成电路4，其输出经过接头J7和系统接收机相连接。

进一步的，如图11所示，环天线接收体中设置有两个位置互相垂直的第一电调谐环天线3、第二电调谐环天线7，从而得到两个互为正交的信号用以判断回波信号来自哪个方向。第一电调谐环天线3、第二电调谐环天线7的输入信号一路来自空中的电磁波，另一路来自控制电压形成电路5的控制电压，第一电调谐环天线3的输出信号送至第一电调谐环天线收发控制电路6，第二电调谐环天线7的输出信号送至第二电调谐环天线收发控制电路8；第一电调谐环天线收发控制电路6、第二电调谐环天线收发控制电路8的输入端口均与控制脉冲形成电路4相连接，第一电调谐环天线收发控制电路6、第二电调谐环天线收发控制电路8的输出信号送至系统接收机；图4中的两组电调谐环天线均为由电感线圈和变容二极管及其控制电路组成的串联谐振电路，可以提高雷达对回波信号的选择接收能力，提高其S/N比，它有一个输入来自控制电压形成电路5，有一个输出连接到相应的电调谐环天线收发控制电路。

图7是本发明提供的收发控制脉冲形成电路框图；如图7所示，收发控制脉冲形成电路的作用是形成三个不同功能和用途的控制脉冲。TP形成电路4-1有一个输入，它来自雷达系统的时序脉冲TP，有一个输出信号，它和发射支路开关2-1连接。TB1形成电路4-2有一个输入，它来自系统的时序脉冲TB，有一个输出信号，它和接收支路开关2-2相连接。TB2形成电路4-3有一个输入，即系统时序脉冲TB，输出和接收支路开关2-2-2、2-2-3以及图4中的6、8相连接。

图8是控制电压形成电路的原理图。图8中的1、2、3脚和系统单片机的71、72、73脚相连，它的作用是把和频率相对应的控制码送入U13。在这个芯片中把控制码变换成相对应的控制电压，然后再把这个电压送到电调谐电路中去，4脚即是这个电压的输出口，它和图4中的电调谐电路3和7相连，5脚接地，6脚接3.3V参考电压。7脚是空脚，8脚连接+5V电源，而C37、C38是它们的滤波电容。

图9中U8是一个脉冲形成芯片。1脚是空脚，2脚通过J5连接到系统的时序脉冲TP，3脚接地，4脚通过J6连接到系统的时序脉冲TB，5脚输出TB信号，分别送2-2的U6的4脚和U7的4脚以及4-2中的U9、U10的基极。图中的C39是一个整形电容，C40是一个耦合电容，R16是一个负载电阻，R17是一个隔离电阻，U9、U10组成一个推挽放电管，对U8输出的TB脉冲进行预放大，R18、R19、R20、R21是U9、U10的负载电阻，也是U11、U12的偏置电阻。U11、U12组成推挽功放。如图6中的2-2-1开关提供高反压的控制脉冲，R22是一个保护电阻。

图9中的2-1是发射支路开关电路，图中系统发射机输出的200瓦RF信号经过J4、C24、L15连接到PIN开关D5。D5在TP脉冲作用期间是饱和导通，RF信号可以顺利的通过D5连接到收发共用天线体的电缆接头J8上，而从U8的7脚送出的TP控制脉冲经C27、R11和L16后加到D5的负极，控制D5的导通与截止。其中C27是耦合电容，R11是TP脉冲的负载，L16是D5的负载，C25是RF信号的耦合电容。

接收支路开关2-2的在雷达接收回波时，开关是接通的，在发射探测脉冲期间开关是断开的。由于发射期间的电压达到300Vpp，故这个开关应承受高电压的冲击而不损坏，同时还应具有不小于140dB的收发隔离度。图中C26是回波信号的耦合电容，L17是它的负载。D6是一个高反压的PIN管。L18是它的负载。控制脉冲TB经U11、U12放大后经限流电阻R22、滤波电阻R12、C28后加到D6的负极，控制D6的开和关。该级的开关隔离度可达到55dB。图中的C29是回波信号的耦合电容，R13是它的负载，它们把接收期间内收到的回波电压送到U6(标号为2-2-2)。U6是接收支路开关中的第2个开关，它是一个低压电子开关，其开关隔离度可达60dB，插损小于1dB。1脚接+5V的电源，C30是滤波电容，2脚接地，3脚通过耦合电容C31接到开关12-2-1，4脚连接到控制脉冲TB，即来自控制脉冲形成电路4中的U8(标号为4-1)、5脚通过R14和C33接地。R14、C32是匹配电路，6脚直接接地，7脚经电容C32接地，C32是滤波电容，8脚是开关的输出，它通过耦合电容C35和开关2-2-3的输入相连。U7也是一个低压开关，其开关隔离度可达60dB，1脚接+5V电压，C34是它的滤波电容，2脚接地，3脚接控制脉冲TB，这个信号通过耦合电容C40来自控制脉冲形成电路4中的U8的5脚。5脚通过匹配电路C33和R14接地，6脚直接接地，7脚通过滤波电容C32接地，8脚输出并经过耦合电容C36连接到雷达系统接收机的输入端。

图10是电调谐与环天线收发共用的原理图，第一电调谐环天线3的具体电路构成参见图10，图中D3、D4是两个变容二极管，它的电容大小通过R6、C12、R10、C23受到U13输出电压的控制，其中R6为隔离电阻，C12、R10、C23均为滤波电路，D3、D4、C11、L8、L9、L10组成串联谐振电路，其输出通过L11、C13耦合到U3的输入端。图中第一电调谐环天线收发控制电路6的原理图中，U3是一个放大电路，1脚为放大器的输入端，它和调谐电路的输出L11、C13相连，2脚接地，3脚为输出，它经C14和收发控制开关U4的3脚相连。图中L12、R7是放大器U3的负载电路。C15、C16、L13是+12V电源和去耦滤波电路。

U4是第一电调谐环天线3的收发控制开关。发射机发射期间这个开关是断开的，在接收机接收期间这个开关是接通的。它通过J3的3脚受到来自控制脉冲形成电路4的TB信号的控制。1脚接+5V电源，L14和C17是它的去耦滤波电容，2脚接地，3脚接放大器U3的输出，4脚通过R9隔离电阻和J3的第2脚相连，5脚通过匹配电路C18、R8接地。6脚直接接地，7脚经滤波电容C19接地。8脚经C20和J1相连，并经J1和系统接收机的A通道相连。图中的U5是一个电源电压变换芯片，它将+12V的电压变换为+5V电压，供给开关芯片用，C21和C22是它的滤波电容。

如图10所示，还包括第二电调谐环天线7的电调谐电路，图中D1、D2是变容二极管，它的电容的大小和变化范围均受单片机输出电压的控制， D1、D2、C1、L1、L2、L3构成串联谐振电路，R1、C2、R5构成去耦滤波和隔离电路，L4是其输出电路，它通过C3和图中8和U1相连。U1是一个放大芯片，1脚电调谐电路的输出L4,2脚接地，3脚为输出端，L5、R2是U1的交流负载，C4是输出耦合电容，L5、C6、L6是其电源滤波电路。U2是第二电调谐环天线7的收发控制芯片，发射机工作时，其开关是断开的，接收机工作时，开关是接通的，U2的1脚接+5V电源，C9和L7是它的滤波电路，2脚接地，3脚接放大器U1的输出，4脚经R3限流电阻接J3的1脚，5脚经匹配电路C27、R4接地，6脚直接接地，7脚经电容C8接地，8脚经耦合电容C10接地J2并经J2和系统接收机的B通道输入相连。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其特征在于：它包括单极子收发共用天线体、收发共用天线开关、第一电调谐环天线、控制脉冲形成电路、控制电压形成电路、第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线、第二电调谐环天线收发控制电路；

单极子收发共用天线体包括环天线接收体，第一电调谐环天线、第二电调谐环天线设置在环天线接收体内，环天线接收体的上、下部分别设置有上辐射体、下辐射体，下辐射体的下部连接有天线馈电基座，天线馈电基座中设置有与收发共用天线开关相连接的电缆接头和相应的控制电缆；

收发共用天线开关包括发射支路开关和接收支路开关；发射支路开关的输入信号一路来自发射机，另一路输入信号为来自控制脉冲形成电路输出的控制脉冲；发射支路开关的输出信号一路送到单极子收发共用天线体，另一路送接收支路开关；接收支路开关的输入信号分别来自单极子收发共用天线体和控制脉冲形成电路，输出信号送系统接收机；

第一电调谐环天线、第二电调谐环天线输入信号一路来自空中的电磁波，另一路来自控制电压形成电路的控制电压，第一电调谐环天线的输出信号送至第一电调谐环天线收发控制电路，第二电调谐环天线的输出信号送至第二电调谐环天线收发控制电路；第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线收发控制电路的输入端口均与控制脉冲形成电路相连接，第一电调谐环天线收发控制电路、第二电调谐环天线收发控制电路的输出信号送至系统接收机；

控制电压形成电路的输入信号来自系统单片机。

2.如权利要求1所述的应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其特征在于：所述发射支路开关由一个大电流PIN管及其相关电路组成。

3.如权利要求1所述的应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其特征在于：所述接收支路开关由一个高反压的PIN管和两个低压的开关芯片组成。

4.如权利要求1或2或3所述的应用在高频地波雷达上的收发共用天线，其特征在于：所述环天线接收体中的第一电调谐环天线、第二电调谐环天线互相垂直设置。