CN103887613A - 相位干涉仪的无源测向天线阵及相位干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位干涉仪的无源测向天线阵及相位干涉仪，由外到内分为三层；第一层为圆形天线阵，由多个双极化全向天线阵元组成，双极化全向天线阵元排列在一个圆周上；每个双极化全向天线阵元包括水平极化振子和垂直极化振子，各双极化全向天线阵元通过极化选择输出匹配板与多选一天线开关连接，圆周上水平极化振子和垂直极化振子相邻排列；第二层为水平极化天线阵，包括水平极化环形振子；第三层为垂直极化天线阵，包括垂直极化双锥天线振子，垂直极化双锥天线振子中的双锥均与匹配电路连接；第二层的水平极化天线阵和第三层的垂直极化天线阵与同一个二选一天线开关的各输入端连接。具有结构简单、生产成本低、测试灵敏度高和精度高的优点。

Description

相位干涉仪的无源测向天线阵及相位干涉仪

技术领域

本发明涉及一种无线电的测向系统，特别涉及相位干涉仪的无源测向天线阵及相位干涉仪。

背景技术

随着无线电通信技术应用的越来越广泛，无线电频谱资源越来越紧缺。为了更好的管理有限的无线电频谱资源，急需一种高效、精确感知无线电磁信号来源的感知设备。其中无线电测向系统的基本功能即为估计和反演无线电信号的发射源方位。

目前，国内外主流的测向系统中，几乎都是使用有源测向系统。有源测向系统的测向振子上都集成了有源放大器，此前置的放大器把接收到的微弱电磁波信号放大之后才通过传输线传输给接收机；有源测向天线的前置放大器不仅放大了有用的信号同时也放大噪声（低噪），并且自身也会产生热噪声信号从而使得整个系统的信噪比差、易产生互调和杂散信号等，在复杂电磁环境下使用时这些缺点体现得尤为明显，严重时甚至会影响系统的正常工作。无源测向天线上没有集成放大器，无源天线的孔径一般比较大，它接收到的信号不用放大直接传输给接收机，所以能够很好的避免了有源天线的信噪比差、易产生互调和杂散信号等缺点；而且具有隐蔽接收、不易被对方发掘的优点，对于增强测向系统在复杂电磁环境下的生存能力和工作能力也具有重要的意义。但在传统测向天线组阵中，无源天线在工作带宽和设备体积上相对于有源振子略有不足。

在无线电波频谱管理中，各个频段不同的信号源、干扰源以及一些非法信号源的位置方向均要求能进行高灵敏度的精确的监测、测向，从而才能对有限的电磁频谱资源进行合理利用和有效管理。在电磁频谱资源日益紧张的今天，无线电信号的工作频率越来越宽，民用常用频谱信号已经广泛覆盖30MHz-3000MHz的频率范围。在此环境下急需设计一款宽频带的并能克服有源天线缺点的无源测向天线阵子来满足测向系统的要求。

在现有技术中，相关干涉仪测向体制以其具有测向准确度高、测向灵敏度高、测向速度快、抗干扰能力强、稳定性好、设备量小等优点，成为目前无线电监测中主流的测向体制。在相关干涉仪，测向天线阵作为相关干涉仪中最关键的部分之一，其性能的优劣直接影响到相关干涉仪的测向灵敏度和测向精度。传统的有源测向天线阵受制于有源电路的工作带宽以及天线电性能指标宽频段的一致性要求，通常采用分频段设计，其体积虽然可以做的比较小巧，但是结构复杂、成本高；现有的无源测向天线阵中多采用全向偶极子分频段设计，从而使得测向天线阵的结构不仅复杂而且体积庞大，并且这种设计方法多用于单极化（垂直极化）天线阵的设计，如果用于双极化天线阵的设计将使整个天线的结构更复杂、尺寸更庞大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种工作频带宽、结构简单、体积小且能够实现双极化测向的相位干涉仪的无源测向天线阵。

本发明的另一目的在于提供一种相位干涉仪。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：相位干涉仪的无源测向天线阵，由外到内分为三层；

第一层为圆形天线阵，由至少一个双极化全向天线阵元组成，所述双极化全向天线阵元排列在一个圆周上；每个双极化全向天线阵元包括水平极化振子和垂直极化振子，其中圆周上水平极化振子和垂直极化振子相邻排列，所述水平极化振子和所述垂直极化振子分别与极化选择输出匹配板的输入端连接；所述各双极化全向天线阵元分别通过极化选择输出匹配板与多选一天线开关的输入端连接，所述圆形天线阵接收到的信号通过该多选一天线开关切换后进入采样通道；

第二层为水平极化天线阵，包括水平极化环形振子；第三层为垂直极化天线阵，包括垂直极化双锥天线振子，所述垂直极化双锥天线振子中的双锥与匹配电路连接；所述第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵分别与同一个二选一天线开关的输入端连接，所述第二层和所述第三层接收的信号通过该二选一天线开关切换后进入参考通道。

优选的，所述圆形天线阵中各双极化全向天线阵元与同一个多选一天线开关的各输入端连接，所述圆形天线阵通过该多选一天线开关将其接收到的信号切换后进入相位干涉仪接收机的采样通道中。

优选的，所述圆形天线阵的双极化全向天线阵元被分为多组，每组包含有两个以上双极化全向天线阵元，每组双极化全向天线阵元分别连接一个多选一天线开关，圆形天线阵各组双极化全向天线阵元接收到的信号通过与它们连接的多选一天线开关切换后分别进入相位干涉仪接收机的各采样通道中。

优选的，所述第一层圆形天线阵由9个、7个或5个双极化全向天线阵元均匀排列组成。

优选的；所述各双极化全向天线阵元中，由两块全向PCB板天线振子分别垂直放置和水平放置得到垂直极化振子和水平极化振子，所述双极化全向天线阵元的垂直极化振子的水平面方向图波瓣为全向面的，水平极化振子的水平面方向图波瓣大于40度，第一层圆形天线阵中的双极化全向天线阵元的垂直极化振子和水平极化振子的结构形式均为宽带振子。

优选的，所述第一层圆形天线阵工作频率为30M-3000MHz。

优选的，所述水平极化环形振子由第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线组成，所述第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线的一端分别与T型同轴接头的两端连接，其中第一半柔同轴传输线的芯线与T型同轴接头为闭路连接状态，通过T型同轴接头输出信号；所述第二半柔同轴传输线的芯线与T型同轴接头为开路连接状态；所述第一半柔同轴传输线另一端的芯线与第二半柔同轴传输线另一端的外屏蔽层连接，所述第二半柔同轴传输线另一端的芯线与第一半柔同轴传输线另一端的外屏蔽层连接；所述第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线连接后形成环形形状；

所述水平极化环形振子通过T型同轴接头与二选一天线开关的输入端连接，将其接收到的信号通过二选一天线开关传送到相位干涉仪的参考通道；

所述水平极化天线阵的工作频率覆盖范围为150M-3000MHz。

优选的，所述第三层垂直极化双锥天线振子的两个锥振子分别为上锥振子和下锥振子，所述上锥振子和下锥振子的方向相向设置，上锥振子和下锥之间振子通过支撑柱连接；

所述连接上锥振子和下锥振子的支撑柱内部设置有匹配电路，所述上锥振子和下锥振子分别与匹配电路连接，通过匹配电路与所述二选一天线开关的输入端连接，通过二选一天线开关传送到相位干涉仪接收机的参考通道。

更进一步的，所述垂直极化双锥天线振子的上锥振子和下锥振子的锥角均为118度，所述垂直极化双锥天线振子的高度为175mm；所述垂直极化双锥天线振子为铝制材料，所述第三层垂直极化天线阵的工作频率为30M-3000MHz。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：相位干涉仪，包括依次连接的测向天线、接收机、信号处理机和上位机，其特征在于，所述测向天线为上述所述的无源测向天线阵，其中第一层圆形天线阵接收的信号通过与其连接的多选一天线开关发送到接收机的采样通道中，第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵接收的信号通过与它们连接的二选一天线开关发送到接收机的参考通道中。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明将第一层圆形天线阵接收到的信号输入到相位干涉仪接收机的采样通道中，将第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵接收的信号输入到接收机的参考通道，作为参考信号，其中本发明第一层圆形天线阵和第三层垂直极化天线阵工作频段均能够在30至3000MHz，因此本发明无源测向天线阵的工作频段宽且无需分频段设计天线振子，极大改善了天线的一体化结构。另外本发明第一层圆形天线阵的每个阵元均为双极化天线振子，各双极化天线振子包含有垂直极化振子和水平极化振子，通过极化选择输出匹配板选择各双极化天线振子的极化方式，因此在第一层圆形天线阵上只要采用本发明的多个阵元即可实现双极化电磁波的测向，相对于现有技术的双极化天线阵来说具有结构简单，生产成本低的优点；且相对于现有技术中单极化无源天线阵来说能够实现垂直和水平方向电磁波的测向，因此具有测试灵敏度高和精度高的优点。

（2）本发明天线阵所采用天线振子均为无源振子，因此不存在有源天线才有的信噪比差、易产生互调信号和杂散信号等缺点。

（3）本发明第一层圆形天线阵可以包含有多个双极化全向天线阵元，因此在测向过程中，相位差的组合也就更多，更加有利于提高测向的精度，减少复杂环境的影响。同时本发明的无源天线阵适用于双通道与多通道的相位干涉仪，适用范围宽。

附图说明

图1是本发明相位干涉仪的无源测向天线阵的示意图

图2是本发明相位干涉仪的无源测向天线阵中双极化全向天线阵元的示意图。

图3是本发明相位干涉仪的无源测向天线阵中水平极化环形振子的示意图。

图4是本发明相位干涉仪的无源测向天线阵中垂直极化双锥天线振子的示意图。

图5是本发明无源测向天线阵应用于双通道相位干涉仪的电路原理框图。

图6是本发明无源测向天线阵应用于三通道相位干涉仪的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例公开了一种相位干涉仪的无源测向天线阵，由外到内分为三层：第一层为圆形天线阵，所述圆形天线阵由九个双极化全向天线阵元组成；九个双极化全向天线阵元排列在一个圆周上；其中每个双极化全向天线阵元分别包括水平极化振子1和垂直极化振子2，其中圆周上水平极化振子和垂直极化振子相邻排列，在本实施例中每个双极化全向天线阵元中的水平极化振子1和垂直极化振子2分别与同一个极化选择输出匹配板3的两个输入端分别连接，通过各极化选择输出匹配板3选择每个双极化全向天线阵元的极化方式；各个双极化全向天线阵元分别通过各极化选择输出匹配板3与九选一天线开关的各输入端连接，九个双极化全向天线阵元均匀的排列在一个圆周上，完成对空间中360°方向电磁波信号进行相位数据采集。圆形天线阵接收到的信号通过与其连接的九选一天线开关切换后进入相位干涉仪接收机的采样通道。当然本实施例第一层圆形天线阵中的双极化全向天线阵元也可以为其他数量，如七个、五个等，相应的，各个双极化全向天线阵元分别通过各极化选择输出匹配板3与七选一天线开关或五选一天线开关的各输入端连接。本实施例第一层圆形天线阵中的双极化全向天线阵元也可以为一个，当圆形天线阵中只有一个双极化全向天线阵元时可以通过手动或自动旋转双极化全向天线阵元来接收空间中各方向的信号，以实现不同位置相对于同一信号源的相位数据采集。

第二层为水平极化天线阵，包括水平极化环形振子4，第三层为垂直极化天线阵，包括垂直极化双锥天线振子5；其中第二层中的水平极化环形振子4和第三层的垂直极化双锥天线振子5分别与同一个二选一天线开关的输入端连接，它们接收的信号通过该二选一天线开关切换后进入相位干涉仪接收机的参考通道。其中本实施例中与双极化全向天线阵元连接的九选一天线开关和与第二层水平极化天线阵及第三层垂直极化天线阵连接的二选一天线开关均存放在天线射频开关盒6中。

如图2所示，第一层圆形天线阵的各个双极化全向天线阵元中，由两块全向PCB板天线振子分别垂直放置和水平放置得到水平极化振子1和垂直极化振子2。其中垂直极化振子2的水平面方向图波瓣为全向面的，水平极化振1子的水平面方向图波瓣大于40度。本实施例中垂直极化振子2和水平极化振子2的结构形式均为宽带振子，双极化全向天线阵元中垂直极化振子和水平极化振子的谐振工作频率为300M-3000MHz，驻波比VSWR1≤2，增益1.5dBi≤G1≤6.5dBi。

本实施例的各双极化全向天线阵元中水平极化振子1和垂直极化振子2分别与同一个极化选择输出匹配板3的输出端连接，通过该极化选择输出匹配板3选择输出水平极化振子1或垂直极化振子3接收的信号，以确定每个双极化全向天线阵元的极化方式；如果进行垂直极化测向，则每个双极化全向天线阵元都通过极化选择输出匹配板3选择输出垂直极化振子2的信号，如果进行水平极化测向，则每个双极化全向天线阵元都通过极化选择输出匹配板选择输出水平极化振子1的信号。

本实施例中双极化全向天线阵元中水平极化振子和垂直极化振子的谐振工作频率为300M-3000MHz，为使本实施例中双极化全向天线阵元能够谐振在30MHz-3000MHz的频带，本实施例中选用的与水平极化振子和垂直极化振子连接的极化选择输出匹配板对低频段30M-300MHz频率范围做有耗匹配，从而使整个天线振子工作在30MHz-3000MHz频率范围内；使得本实施例的监测天线能够覆盖整个测向、监测频段（30MHz-3000MHz），并使得圆形天线阵的输出能与相位干涉仪接收机的介入阻抗匹配。本实施例中每个双极化全向天线阵元连接的极化选择输出匹配板分别通过50Ω的同轴传输线与九选一天线开关的输入端连接，通过九选一天线开关选择将各双极化全向天线阵元接收的信号分别输入到采样通道中。

在本实施例中，根据单极天线谐振长度计算公式L=λg/4（λg为工作起始频率波长）计算得出双极化全向天线阵元水平极化振子1和垂直极化振子2的尺寸，然后通过电磁仿真软件辅助优化天线的电性能指标，从而最终确定出双极化全向天线阵元中各振子的结构尺寸。其中通过上述方法计算出的本实施例水平极化振子和垂直极化振子的尺寸均为20cm*8cm。

如图3所示，本实施例中的第二层水平极化天线阵为一个水平极化环形振子4，该水平极化环形振子4由第一半柔同轴传输线7和第二半柔同轴传输线8组成，第一半柔同轴传输线7和第二半柔同轴传输线8的一端分别焊接接有SAM接头，其中第一半柔同轴传输7线连接的SAM-JB3接头为带有插针的，而第二半柔同轴传输线8连接的SAM-JB3接头是没有插针的，将第一半柔同轴传输线7和第二半柔同轴传输线8连接的SAM-JB3接头分别与接口标准为SMA的T型同轴接头9两端配合连接，由于第一半柔同轴传输线7连接的SAM-JB3接头为带有插针的，而第二半柔同轴传输线8连接的SAM-JB3接头是没有插针的，因此第一半柔同轴传输线7的芯线与T型同轴接头9为闭路连接状态，通过T型同轴9接头输出信号，第二半柔同轴传输线8的芯线与T型同轴接头9为开路连接状态。

第一半柔同轴传输线7另一端（未接有SAM-JB3接头的那端）的芯线焊接在第二半柔同轴传输线8另一端的外屏蔽层上，第二半柔同轴传输线8另一端的芯线焊接在第一半柔同轴传输线7另一端的外屏蔽层连接；在焊接完成后，用热缩管10将焊接处套装好，并吹热收紧，以防止脱落；第一半柔同轴传输线7和第二半柔同轴传输线8通过上述连接后一个形成环形形状。本实施例中水平极化环形振子4连接的T型同轴接头9通过50Ω的同轴传输线与二选一天线开关的其中一个输入端连接，将其接收到的信号通过二选天线开关传送到相位干涉仪的参考通道。本实施例中水平极化环形振子4的工作频率覆盖范围为150M-3000MHz，驻波比VSWR2≤4，增益2dBi≤G2≤5dBi。在充分考虑水平极化电磁信号主要集中在1000MHz以下的情况，为了优化整个天线阵的布局和水平极化天线阵的测向性能，本实施例水平极化天线阵不做天线自谐振频率之外的匹配设计。

半柔同轴传输线的长度由L=λg/2（λg为工作起始频率波长）决定，根据此公式计算好天线的初步尺寸后，利用电磁仿真软件辅助优化天线的电性能指标，从而最终确定天线的结构尺寸。通过上述方法计算到本实施例中水平极化环形振子中第一根半柔同轴传输线和第二根半柔同轴传输线的长度均为82cm。

如图4所示，本实施例中第三层垂直极化天线阵包括一个铝制材料的垂直极化双锥天线振子5，包括上锥振子51和下锥振子52，上锥振子51和下锥振子52的方向相向设置，它们之间通过支撑柱53连接；本实施例中垂直极化双锥天线振子5的高度为175mm；其中上锥振子51和下锥振子52的锥角均为118度，支撑柱53内部设置有匹配电路，上锥振子51和下锥振子52分别与匹配电路连接，上锥振子51和下锥振子52所连接的匹配电路通过50Ω的同轴传输线与二选一天线开关的输入端连接，通过二选一天线开关将其接收到的信号传送到相位干涉仪接收机的参考通道。

本实施例垂直极化双锥天线振子5的谐振工作频率为300M-3000MHz，驻波比VSWR3≤2，增益2dBi≤G3≤8dBi；为使本实施例中第三层的垂直极化天线阵能够谐振在30MHz-3000MHz的频带，本实施例中选用与垂直极化双锥天线振子5连接的匹配电路对低频段30M-300MHz频率范围做有耗匹配，从而使整个垂直极化天线阵工作在30MHz-3000MHz频率范围内，使监测天线能够覆盖整个测向、监测频段（30MHz-3000MHz）并使得垂直极化天线阵输出能与相位干涉仪接收机的介入阻抗匹配。

本实施例还公开了一种相位干涉仪，包括依次连接的测向天线、接收机、信号处理机和上位机，其中上位机为一台管理终端机，接收机将测向天线中接收到的射频信号下变频至中频输出，信号处理机接收接收机输出的中频信号后进行采样处理，并将处理结果上报给上位机；其中本实施例相位干涉仪的测向天线为上述本实施例提供的无源测向天线阵，第一层圆形天线阵接收的信号通过与其连接的九选一天线开关发送到接收机的采样通道中，第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵接收的信号通过与它们连接的二选一天线开关发送到接收机的参考通道中。

如图5所示为本实施例无源测向天线阵的应用于本实施例双通道相位干涉仪的电路原理图。图中T1～T9为第一层的九个双极化全向天线阵元，V1～V9为第一层圆形天线阵中各双极化全向天线阵元中的垂直极化振子2，H1～H9为第一层圆形天线阵中各双极化全向天线阵元中的水平极化振子1，每个双极化全向天线阵元中的垂直极化振子2和水平极化振子1分别与极化选择输出匹配板3的输入端连接后与九选一天线开关连接。每个双极化全向天线阵元通过极化选择输出匹配板3选择极化方式，即选择接收垂直极化振子2或水平极化振子1的信号；然后通过九选一天线开关选择输出九个双极化全向天线阵元中接收的信号，其中在每次测向时每个双极化全向天线阵元的极化方式都是相同的。

图中T0为第二层和第三层的天线阵元，包括第三层的垂直极化双锥天线振子V0和第二层水平极化环形振子H0，V0和H0分别与二选一天线开关两个输入端连接；通过二选一天线开关选择将V0或H0接收的信号输出到接收机。

在本实施例无源测向天线阵进行垂直极化测向时，通过与双极化全向天线阵元连接的极化选择输出匹配板选择其极化方式为垂直极化方式，即接收双极化全向天线阵元中垂直极化振子V1～V9接收的信号，然后九个垂直极化振子V1～V9经过九选一天线开关选择后输入到采样通道中；同时与第二层的H0和第三层的V0连接的二选一天线开关选择输出V0接收到的信号到参考通道中。同理，当无源测向天线阵进行水平极化测向时，通过与双极化全向天线阵元连接的极化选择输出匹配板选择其极化方式为水平极化方式，即接收双极化全向天线阵元中水平极化振子H1～H9接收的信号，然后九个水平极化振子H1～H9经过九选一天线开关选择后输入到采样通道中；同时与第二层的V0和第三层H0连接的二选一天线开关选择输出H0接收到的信号到参考通道中。

在每次测向前，需要对接收机两个通道的相位进行校准，测量两个通道的固有相位误差，方法如下：将校准源的输出经功分器输出后，分别经过选择开关送入采样通道和参考通道中，测量出两通道此时的相位差作为固有相位差，测向时，首先将T1切换到采样通道，T0号切换到参考通道中，测出采样通道与参考通道中电波信号的相位差，再减去固有相位差，即得T1与T0之间的实际相位差，同理，分别测出T2～T9与T0号之间的实际相位差，用这9个相位差，即可算出信号的来波方向，完成一次测向过程。

在本实施例的相位干涉仪中，功分器还可输出到T0进行发射，然后由第一层圆形天线阵中各双极化全向天线阵元T1～T9进行接收，可用此功能对整个天线工作是否正常进行测试，实现智能故障诊断。

实施例2

本实施例公开了一种相位干涉仪的无源测向天线阵，其中本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中圆形天线阵的双极化全向天线阵元被分为多组，每组中包含有两个以上双极化全向天线阵元，每组双极化全向天线阵元分别连接一个多选一天线开关，圆形天线阵各组双极化全向天线阵元接收到的信号通过与各组双极化全向天线阵元连接的多选一天线开关切换后分别进入相位干涉仪接收机的各采样通道中。本实施例中的无源测向天线阵适合用于两个通道以上的相位干涉仪。

本实施例还公开了一种相位干涉仪，本实施例中相位干涉仪与实施例1不同之处在于，本实施例中相位干涉仪采用本实施例上述所提供的无源测向天线阵，本实施例中接收机包含有多个采样通道；第一层圆形天线阵中各组双极化全向天线阵元接收的信号分别通过与各组双极化全向天线阵元连接的多选一天线开关切换后分别进入相位干涉仪的各采样通道中。

如图6所示为本实施例无源天线阵应用于本实施例三通道相位干涉仪的电路原理图。其中本实施例的圆形天线阵的9个双极化全向天线阵元被分为2组，其中第1组包括有4个双极化全向天线阵元，即T1～T4，第二组包括5个双极化全向天线阵元，即T5～T9；第一组中的4个双极化全向天线阵元分别通过极化选择输出匹配板与四选一天线开关的各输入端连接，通过四选一天线开关切换后进入相位干涉仪的第一采样通道中。第二组中的5个双极化全向天线阵元分别通过极化选择输出匹配板与五选一天线开关的各输入端连接，过五选一天线开关切换后进入相位干涉仪的第二采样通道中。和实施例1相同，第二层中的水平极化天线阵和第三层中的垂直极化天线阵接收的信号通过与它们二选一天线开关发送到接收机的参考通道中。

在本实施例无源测向天线阵进行垂直极化测向时，通过与双极化全向天线阵元连接的极化选择输出匹配板选择其极化方式为垂直极化方式，即接收双极化全向天线阵元中垂直极化振子接收的信号，然后V1～V4四个垂直极化振子经过四选一天线开关选择后输入到第一采样通道中，V5～V9四个垂直极化振子经过五选一天线开关选择后输入到第二采样通道中；同时与第三层的V0和第二层H0连接的二选一天线开关选择输出V0接收到的信号到参考通道中。同理，当无源测向天线阵进行水平极化测向时，通过与双极化全向天线阵元连接的极化选择输出匹配板选择其极化方式为水平极化方式，即接收双极化全向天线阵元中水平极化振子接收的信号，H1～H4四个水平极化振子经过四选一天线开关选择后输入到第一采样通道中，H5～H9四个水平极化振子经过五选一天线开关选择后输入到第二通道中；同时与第二层的H0和第三层V0连接的二选一天线开关选择输出H0接收到的信号到参考通道中。

在每次测向前，需要对接收机的第一采样通道和第二采样通道与参考通道的相位进行校准，测量第一采样通道和参考通道以及第二采样通道和参考通道的固有相位误差，方法如下：将校准源的输出经功分器输出后，分别经过选择开关送入第一采样通道、第二采样通道和参考通道中，测量出第一采样通道和参考通道以及第二采样通道和参考通道此时的相位差，并且作为固有相位差。测向时，首先将T1切换到第一采样通道，T5切换到第二采样通道，T0号切换到参考通道中，测出第一采样通道与参考通道中电波信号的相位差，再减去它们之间固有相位差，即得T1与T0之间的实际相位差；测出第二采样通道与参考通道中电波信号的相位差，再减去它们之间固有相位差，即得T5与T0之间的实际相位差；同理，分别测出T2～T3与T0号之间的实际相位差以及T6～T9与T0号之间的实际相位差，用这9个相位差，即可算出信号的来波方向，完成一次测向过程。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，例如在第一层圆形天线阵中也可以仅仅采用一个极化选择输出匹配板，每个双极化全向天线阵元的水平极化振子和垂直极化振子分别与该极化选择输出匹配板的各输入端连接，通过该极化选择输出匹配板对每个双极化全向天线阵元的极化进行选择。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，由外到内分为三层；

第一层为圆形天线阵，由至少一个双极化全向天线阵元组成，所述双极化全向天线阵元排列在一个圆周上；每个双极化全向天线阵元包括水平极化振子和垂直极化振子，其中圆周上水平极化振子和垂直极化振子相邻排列，所述水平极化振子和所述垂直极化振子分别与极化选择输出匹配板的输入端连接；所述各双极化全向天线阵元分别通过极化选择输出匹配板与多选一天线开关的输入端连接，所述圆形天线阵接收到的信号通过该多选一天线开关切换后进入采样通道；

第二层为水平极化天线阵，包括水平极化环形振子；第三层为垂直极化天线阵，包括垂直极化双锥天线振子，所述垂直极化双锥天线振子中的双锥与匹配电路连接；所述第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵分别与同一个二选一天线开关的输入端连接，所述第二层和所述第三层接收的信号通过该二选一天线开关切换后进入参考通道。

2.根据权利要求1所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述圆形天线阵中各双极化全向天线阵元与同一个多选一天线开关的各输入端连接，所述圆形天线阵通过该多选一天线开关将其接收到的信号切换后进入相位干涉仪接收机的采样通道中。

3.根据权利要求1所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述圆形天线阵的双极化全向天线阵元被分为多组，每组包含有两个以上双极化全向天线阵元，每组双极化全向天线阵元分别连接一个多选一天线开关，圆形天线阵各组双极化全向天线阵元接收到的信号通过与它们连接的多选一天线开关切换后分别进入相位干涉仪接收机的各采样通道中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，其特征在于，所述第一层圆形天线阵由9个、7个或5个双极化全向天线阵元均匀排列组成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述各双极化全向天线阵元中，由两块全向PCB板天线振子分别垂直放置和水平放置得到垂直极化振子和水平极化振子，所述双极化全向天线阵元的垂直极化振子的水平面方向图波瓣为全向面的，水平极化振子的水平面方向图波瓣大于40度，第一层圆形天线阵中的双极化全向天线阵元的垂直极化振子和水平极化振子的结构形式均为宽带振子。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述第一层圆形天线阵工作频率为30M-3000MHz。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述水平极化环形振子由第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线组成，所述第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线的一端分别与T型同轴接头的两端连接，其中第一半柔同轴传输线的芯线与T型同轴接头为闭路连接状态，通过T型同轴接头输出信号；所述第二半柔同轴传输线的芯线与T型同轴接头为开路连接状态；所述第一半柔同轴传输线另一端的芯线与第二半柔同轴传输线另一端的外屏蔽层连接，所述第二半柔同轴传输线另一端的芯线与第一半柔同轴传输线另一端的外屏蔽层连接；所述第一半柔同轴传输线和第二半柔同轴传输线连接后形成环形形状；

所述水平极化环形振子通过T型同轴接头与二选一天线开关的输入端连接，将其接收到的信号通过二选一天线开关传送到相位干涉仪的参考通道；

所述水平极化天线阵的工作频率覆盖范围为150M-3000MHz。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述第三层垂直极化双锥天线振子的两个锥振子分别为上锥振子和下锥振子，所述上锥振子和下锥振子的方向相向设置，上锥振子和下锥之间振子通过支撑柱连接；

所述连接上锥振子和下锥振子的支撑柱内部设置有匹配电路，所述上锥振子和下锥振子分别与匹配电路连接，通过匹配电路与所述二选一天线开关的输入端连接，通过二选一天线开关传送到相位干涉仪接收机的参考通道。

9.根据权利要求8所述的相位干涉仪的无源测向天线阵，其特征在于，所述垂直极化双锥天线振子的上锥振子和下锥振子的锥角均为118度，所述垂直极化双锥天线振子的高度为175mm；所述垂直极化双锥天线振子为铝制材料，所述第三层垂直极化天线阵的工作频率为30M-3000MHz。

10.相位干涉仪，包括依次连接的测向天线、接收机、信号处理机和上位机，其特征在于，所述测向天线为权利要求1至9中任一项所述的无源测向天线阵，其中第一层圆形天线阵接收的信号通过与其连接的多选一天线开关发送到接收机的采样通道中，第二层水平极化天线阵和第三层垂直极化天线阵接收的信号通过与它们连接的二选一天线开关发送到接收机的参考通道中。

Images