CN104362437A - S频段单脉冲自跟踪天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了S频段单脉冲自跟踪天线系统，它包括天线、馈源系统，馈源系统包括天线馈源和波束形成网络（12），天线馈源包括五个按菱形分布结构进行排列的十字交叉振子（8），其中一个十字交叉振子（8）为中心振子单元设置在菱形的对角线交点上，另四个十字交叉振子（8）为外侧振子单元分别设置在菱形的四顶点上，五单元十字交叉振子（8）实现信号的接收；波束形成网络（12）包括和信号形成电路和差信号形成电路，和信号形成电路与中心振子单元连接，和差信号形成电路与外侧振子单元连接。本发明通过中心振子单元接收形成和信号，通过外侧振子单元接收形成差信号，实现了单脉冲自跟踪。

Description

S频段单脉冲自跟踪天线系统

技术领域

本发明涉及天线系统领域，特别是涉及一种S频段单脉冲自跟踪天线系统。

背景技术

为了实现采用单通道单脉冲跟踪体质实现对空间飞行目标的自跟踪，单脉冲跟踪天线系统是单脉冲跟踪雷达的重要组成部分，将接收到的信号通过波束形成网络形成和差信号。而单脉冲天线性能的好坏很大程度上取决于天线的馈源。

最早的单脉冲跟踪雷达采用的喇叭馈源，它将4个喇叭的接收信号相加形成和信号，左右两对喇叭之差形成方位差信号，上下两对喇叭之差形成俯仰差信号，由于4喇叭馈源的和差矛盾，设计时和差性能均无法做到最佳，只能折中设计，此外4喇叭馈源的馈线网络也是比较复杂的，因此出现了多喇叭馈源和多模喇叭馈源。

解决和差矛盾的另一途径是采用多模喇叭馈源，这种馈源性能良好，结构简单，但难以实现圆极化处理，所以只适用于线极化跟踪雷达。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种S频段单脉冲自跟踪天线系统，采用五单元十字交叉振子馈源，按菱形分布结构进行排列；采取了十字交叉振子天线的设计实现了宽波束、宽频带和圆极化的技术要求，以及通过对称的结构形式和内导体跳线的馈电方式，实现了宽波束和方向图的对称性；通过中心振子单元接收形成和信号，四个外侧振子单元接收形成差信号，实现了单脉冲自跟踪。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：S频段单脉冲自跟踪天线系统，它包括天线、馈源系统，所述的馈源系统包括天线馈源和波束形成网络，所述的天线馈源包括五个按菱形分布结构进行排列的十字交叉振子，其中一个十字交叉振子为中心振子单元设置在菱形的对角线交点上，另外四个十字交叉振子为外侧振子单元分别设置在菱形的四个顶点上，五单元十字交叉振子实现信号的接收；所述的波束形成网络包括和信号形成电路和差信号形成电路，和信号形成电路与中心振子单元连接，和差信号形成电路与外侧振子单元连接，实现将五单元十字交叉振子接收的信号产生左右和差信号。

所述的十字交叉振子包括四个相同的振子和分别与四个振子连接的连接臂，四个振子的轴心线在同一平面，且每相邻两个振子的轴心线呈90°夹角，四个振子分别固定在四个连接臂的上端。

所述的四个振子的馈电点均设置在与之相连的连接臂的顶端,且同轴振子的馈电点通过馈电跳线连接。

所述的连接臂包括外导体和内导体。

所述的振子包括两个与同轴馈电外导体连接的振子，即振子a的馈电点a通过振子c的馈电点c与连接臂c的外导体连接；振子b的馈电点b通过振子d的馈电点d与连接臂d的外导体连接。

所述的振子包括两个与同轴馈电内导体连接的振子，即振子c的馈电点c通过振子a的馈电点a与连接臂a的内导体连接；振子d的馈电点d通过振子b的馈电点b与连接臂b的内导体连接。

所述的十字交叉振子还包括底座，四个连接臂均匀分布在底座上与底座固定连接，所述的底座上包括一个或多个安装孔；

所述的十字交叉振子还包括偏谐片，所述的偏谐片设置在四个振子的上方。

所述的差信号形成电路包括和差器A～D、圆极化器A～B和电桥A～B；和差器A的输入分别与第一、第三十字交叉振子的馈电点a连接；和差器B的输入分别与第一、第三十字交叉振子的馈电点b连接；和差器C的输入分别与第二、第四十字交叉振子的馈电点a连接；和差器D的输入分别与第二、第四十字交叉振子的馈电点b连接；圆极化器A的输入分别与和差器A和和差器B的输出连接；圆极化器B的输入分别与和差器C和和差器D的输出连接；电桥A的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的一个输出连接；电桥B的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的另一个输出连接；电桥A的输出端输出左旋差信号，电桥B的输出端输出右旋差信号。

所述的和信号形成电路包括圆极化器C，所述的圆极化器C的输入分别与中心振子单元的馈电点a和馈电点b连接，圆极化器C的一个输出端输出左旋和信号，另一个输出端输出右旋和信号。

所述的波束形成网络还包括放大电路，所述的放大电路包括放大器A～D，所述的放大器A与电桥A连接，放大器B与电桥B连接，放大器C与圆极化器C的一个输出连接，放大器D与圆极化器C的另一个输出连接；所述的放大器A～D为低噪声放大器。

本发明的有益效果是：

本发明波束形成网络，通过和信号形成电路和差信号形成电路对五单元十字交叉振子接收到的S频段信号进行处理，进过和差器、圆极化器和电桥实现圆极化和差信号的产生。本发明解决了馈源的和差矛盾的问题，结构简单，易于实现。

本发明通过四个天线振子组成的十字交叉振子，实现了宽波束、宽频带和圆极化的技术要求。每个天线振子使用对称的结构形式以及内导体跳线的馈电方式，实现了宽波束和保证了方向图的对称性。

本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统采用五单元十字交叉振子阵列天线，按菱形分布结构组成，并通过一个圆柱形铝结构将五单元十字交叉振子和其配套的网络组件封装在一起，以达到可靠的电性能。通过中心十字交叉振子单元接收和信号，外侧四个十字交叉振子单元形成差信号，实现了单脉冲自跟踪。五单元十字交叉振子馈源，其中心振子单元进行发射和接收形成和信号，左右两个外侧振子单元接收信息之差形成方位差信号，上下两个外侧振子单元接收信息之差构成俯仰差信号，由于差振子单元之间的距离较大，其差波瓣的性能好，在一定程度上缓和了和差矛盾，此外，五单元十字交叉振子馈源的波束形成网络较为简单也便于实现。

本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统是一种五单元十字交叉阵子阵列天线作为馈源的S频度单脉冲跟踪抛物面天线系统。五单元十字交叉阵子阵列组成的轴对称圆形阵列天线将接收到的信号通过馈电网络组件形成圆极化的和差信号，实现单脉冲自跟踪。该馈源安装在口径为1.8米的在天线抛物面反射体上作为照射器，通过对该天线系统进行仿真，在2.2～2.4GHz频段范围内，其和方向图增益大于28dBi,差方向图零深大于30dB，满足系统指标要求。本发明天线系统和信号的波瓣增益高，具有两个性能良好的差波瓣，即波瓣的对称性好，斜率高，零值深度深，零点漂移小；交差耦合小，即方位角偏差信号不耦合到俯仰角通道中，俯仰角偏差不耦合到方位角通道中，不易造成耦合误差。

附图说明

图1为本发明S频段单脉冲自跟踪天线馈源系统结构示意图

图2为本发明五单元十字交叉振子馈源结构示意图；

图3为本发明十字交叉振子结构示意图之一；

图4为本发明十字交叉振子结构示意图之二；

图5为本发明波束形成网络原理框图；

图6为本发明天线主反射面曲线图；

图7为本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统仿真模型图；

图8为本发明接收频率2.3GHz处的和方向图(0deg)；

图9为本发明接收频率2.3GHz处的和方向图(90deg)；

图10为本发明接收频率2.3GHz处的轴比方向图；

图11为本发明接收频率2.3GHz处的差方向图(0deg)；

图12为本发明接收频率2.3GHz处的差方向图(90deg)；

图中，1-振子，2-连接臂，3-馈电点，4-馈电跳线，5-底座，6-安装孔，7-偏谐片，8-十字交叉振子，9-天线馈源盒，10-底板，11-安装脚，12-波束形成网络。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，S频段单脉冲自跟踪天线系统，它包括天线、馈源系统和天线馈源盒9，所述的馈源系统包括天线馈源和波束形成网络12，所述的天线馈源盒9分两层结构，上下两层由底板10隔离，上层用来安装天线馈源，下层用来安装波束形成网络12。

所述的天线馈源包括五个按菱形分布结构进行排列的十字交叉振子8，其中一个十字交叉振子8为中心振子单元设置在菱形的对角线交点上，另外四个十字交叉振子8为外侧振子单元分别设置在菱形的四个顶点上，五单元十字交叉振子8实现信号的接收；所述的波束形成网络12包括和信号形成电路和差信号形成电路，和信号形成电路与中心振子单元连接，和差信号形成电路与外侧振子单元连接，实现将五单元十字交叉振子8接收的信号产生左右和差信号。

所述的十字交叉振子8包括四个相同的振子1和分别与四个振子1连接的连接臂2，四个振子1的轴心线在同一平面，且每相邻两个振子1的轴心线呈90°夹角，四个振子1分别固定在四个连接臂2的上端。

所述的四个振子1的馈电点3均设置在与之相连的连接臂2的顶端,且同轴振子的馈电点3通过馈电跳线4连接。

所述的连接臂2包括外导体201和内导体202。

所述的振子1包括两个与同轴馈电外导体201连接的振子1，即振子1a的馈电点3a通过振子1c的馈电点3c与连接臂2c的外导体201连接。

振子1b的馈电点3b通过振子1d的馈电点3d与连接臂2d的外导体201连接。

所述的振子1包括两个与同轴馈电内导体202连接的振子1，即振子1c的馈电点3c通过振子1a的馈电点3a与连接臂2a的内导体202连接。

振子1d的馈电点3d通过振子1b的馈电点3b与连接臂2b的内导体202连接。

所述的十字交叉振子8还包括底座5，四个连接臂2均匀分布在底座5上与底座5固定连接，所述的底座5上包括一个或多个安装孔6。

所述的十字交叉振子8还包括偏谐片7，所述的偏谐片7设置在四个振子1的上方。

所述的差信号形成电路包括和差器A～D、圆极化器A～B和电桥A～B；和差器A的输入分别与第一、第三十字交叉振子8的馈电点3a连接；和差器B的输入分别与第一、第三十字交叉振子8的馈电点3b连接；和差器C的输入分别与第二、第四十字交叉振子8的馈电点3a连接；和差器D的输入分别与第二、第四十字交叉振子8的馈电点3b连接；圆极化器A的输入分别与和差器A和和差器B的输出连接；圆极化器B的输入分别与和差器C和和差器D的输出连接；电桥A的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的一个输出连接；电桥B的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的另一个输出连接；电桥A的输出端输出左旋差信号，电桥B的输出端输出右旋差信号。

所述的和信号形成电路包括圆极化器C，所述的圆极化器C的输入分别与中心振子单元的馈电点3a和馈电点3b连接，圆极化器C的一个输出端输出左旋和信号，另一个输出端输出右旋和信号。

所述的波束形成网络12还包括放大电路，所述的放大电路包括放大器A～D，所述的放大器A与电桥A连接，放大器B与电桥B连接，放大器C与圆极化器C的一个输出连接，放大器D与圆极化器C的另一个输出连接；所述的放大器A～D为低噪声放大器。

(一)天线馈源

根据偶极子天线的理论知识可知，对于对称阵子天线，两臂导线的截面通常为圆形，设每臂的长度为L,导线横截面的半径为a，用比值L/a将对称阵子分为细对称阵子和圆柱形对称阵子。

当L/a＜100时为圆柱形对称阵子天线，此时对称阵子上的电流分布已非理想的正弦分布。使圆柱对称阵子的输入阻抗中虚部等于零时阵子每臂的长度称为其谐振长度，用I₁表示I₁＝L/n，n为波长缩短系数。

当I₁＝λ/4＝λ₀/4时，X_in＝0，此时发生串联谐振，该阵子称为半波对称阵子。

当I₁＝λ/2＝λ₀/2时，X_in＝0，此时发生并联谐振，该阵子称为全波对称阵子。

其中，X_in为输入电抗。

利用感应电动势法，计算得到圆柱对称阵子的辐射阻抗为：

Z_r＝R_r+jX_r

式中，R_r―辐射阻抗；

X_r―辐射电抗。

其中，辐射电抗X_r的计算公式为：

X_r＝30{2si(2β₀I)+sin(2β₀I)[C+lnβ₀I+Ci(4β₀I)-2Ci(2β₀I)-2ln(1/a)]+cos(2β₀I)[2Si(2β₀I)-Si(4β₀I)]}。

该对称阵子的E面方向性函数为：

该对称阵子的H面得方向性函数为：

E面和H面讲的是在远场中的所包含天线辐射的电磁波的电场矢量的最大值与磁场矢量最大值的平面。半波对称振子的E面是8字形的，是包含对称振子的平面；H面是圆形的，是垂直振子的平面。

根据以上天线理论设计天线系统的馈源天线部分。

如图2所示，一种S频段单脉冲自跟踪天线系统的馈源系统，它包括五个按菱形分布结构进行排列的十字交叉振子8，其中一个十字交叉振子8为中心振子单元设置在菱形的对角线交点上，另外四个十字交叉振子8为外侧振子单元分别设置在菱形的四个顶点上。

所述的四个外侧振子单元按顺时针方向依次旋转90°后分别设置在菱形的四个顶点上，即该馈源天线部分采用五单元十字交叉振子8馈源，且五单元十字交叉振子8按菱形分布结构进行排列，其中一个外侧十字交叉振子8的安装结构与中心十字交叉振子8的安装结构相同，其它三个外侧十字交叉振子8按顺时针方向依次旋转90°角后再进行固定安装。

本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统的馈源系统还包括天线馈源盒9，天线馈源盒9为圆柱形铝结构，可以将十字交叉振子8和其配套的网络组件封装在一起，以达到可靠的电性能。该天线馈源盒9的四角还设置有安装脚11，便于对天线馈源盒9进行安装固定。

如图3所示，一种十字交叉振子，它包括四个相同的振子1和分别与四个振子1连接的连接臂2，四个振子1的轴心线在同一平面，且每相邻两个振子1的轴心线呈90°夹角，四个振子1分别固定在四个连接臂2的上端。

所述的各个振子1的馈电点3均设置在与之相连的连接臂2的顶端,且同轴振子的馈电点3通过馈电跳线4连接。

它还包括底座5，四个连接臂2均匀分布在底座5上与底座5固定连接。所述的底座5上包括一个或多个安装孔6，通过紧固件穿过安装孔6，将底座5固定在天线馈源盒9的底板10上。

它还包括偏谐片7，所述的偏谐片7设置在四个振子1的上方。

如图4所示，所述的连接臂2包括外导体201和内导体202。

所述的振子1包括两个与同轴馈电外导体201连接的振子1，即振子1a的馈电点3通过振子1c的馈电点3与连接臂2c的外导体201连接；振子1b的馈电点3通过振子1d的馈电点3与连接臂2d的外导体201连接。

所述的振子1包括两个与同轴馈电内导体202连接的振子1，即振子1c的馈电点3通过振子1a的馈电点3与连接臂2a的内导体202连接；振子1d的馈电点3通过振子1b的馈电点3与连接臂2b的内导体202连接。

本发明十字交叉振子8由四个振子1同时与四个连接臂2连接组成。其中振子1a和振子1b为与馈电同轴线外导体相连的振子1，振子1c和振子1d为通过跳线与馈电内导体相连的振子1。相对的两个振子1为一组，且两个振子1具有幅度相等、相位相反的辐射形式。

根据S频段单脉冲自跟踪天线系统的工作频率设计出天线振子1的尺寸参数；为了保证方向图对称，四个振子1除了馈电方式不同外，其他尺寸完全相同，从结构上满足方向图对称的要求；为了形成圆极化，需要有两个相互垂直、幅度相等、有90°相位差的电场，两组振子1相互垂直且结构相同，保证了形成圆极化的相互垂直和幅度相等的前提条件。

本发明十字交叉振子8通过两对天线振子1实现了宽波束、宽频带和圆极化的技术要求。每个天线振子1使用对称的结构形式以及内导体跳线的馈电方式，实现了宽波束和保证了方向图的对称性。通过中心十字交叉振子8单元接收和信号，外侧四个十字交叉振子8单元形成差信号，实现了单脉冲自跟踪。

(二)波束形成网络

如图5所示，S频段单脉冲自跟踪天线波束形成网络，它包括与第一～第四十字交叉振子8连接的差信号形成电路和与第五十字交叉振子8连接的和信号形成电路。

所述的差信号形成电路包括和差器A～D、圆极化器A～B和电桥A～B。所述的和信号形成电路包括圆极化器C。它还包括放大电路。

所述的十字交叉振子包括馈电点3a、馈电点3b、馈电点3c和馈电点3d，其中，馈电点3a与馈电点3c连接，馈电点3b与馈电点3d连接。

为了保证方向图对称，四个振子1除了馈电方式不同外，其他尺寸完全相同，结构相同，在同一轴线上的两个相对的振子1为一组，两个振子1的幅度相等，相位具有相反的辐射形式，从结构上满足方向图对称的要求。

为了形成圆极化，需要有两个相互垂直、幅度相等、有90°相位差的电场。两组振子1相互垂直且结构相同，保证了形成圆极化的相互垂直和幅度相等的前提条件，而相位差则由馈电网络确保。

因此，本发明馈电振子为由四个完全相同的振子1连接而成的十字交叉振子8，四个振子1处于同一平面且两两相互垂直，处于同一轴线上的两个振子1通过一根馈电跳线4连接，两个振子1的幅度相等，相位具有相反的辐射形式。

每个阵子天线使用对称的结构形式以及内导体跳线的馈电方式，实现了宽波束和保证了方向图的对称性。

所述的和差器A的输入分别与第一、第三十字交叉振子8的馈电点3a连接。

所述的和差器B的输入分别与第一、第三十字交叉振子8的馈电点3b连接。

所述的和差器C的输入分别与第二、第四十字交叉振子8的馈电点3a连接。

所述的和差器D的输入分别与第二、第四十字交叉振子8的馈电点3b连接。

所述的圆极化器A的输入分别与和差器A和和差器B的输出连接。

所述的圆极化器B的输入分别与和差器C和和差器D的输出连接。

所述的电桥A的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的一个输出连接。

所述的电桥B的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的另一个输出连接。

所述的电桥A的输出端输出左旋差信号，电桥B的输出端输出右旋差信号。

所述的第一、第三十字交叉振子8为方位振子，第二、第四十字交叉振子8为俯仰振子，以便形成方位差和俯仰差方向图。

它还包括第五十字交叉振子8，所述的第五十字交叉振子8也包括四个馈电点3，四个馈电点3分别为馈电点3a、馈电点3b、馈电点3c和馈电点3d，其中，馈电点3a与馈电点3c连接，馈电点3b与馈电点3d连接。

所述的第五十字交叉振子8为中心振子，以便形成和方向图。

它还包括圆极化器C，所述的圆极化器C的输入分别与第五十字交叉振子8的馈电点3a和馈电点3b连接，圆极化器C的一个输出端输出左旋和信号，另一个输出端输出右旋和信号。

它还包括放大器A～D，所述的放大器A与电桥A连接，放大器B与电桥B连接，放大器C与圆极化器C的一个输出连接，放大器D与圆极化器C的另一个输出连接。

所述的放大器A～D为低噪声放大器。

和波束馈源网络由中心振子、一个圆极化器C组成，中心振子即第五十字交叉振子8接收到信号后经过圆极化器形成左旋以及右旋和波束信号。

差波束馈源网络由四个十字交叉振子8、四个和差器、两个圆极化器、两个3dB电桥及相应馈线组成。四个十字交叉振子8分为两组，每组两个，分别位于方位和俯仰两个方向，以便形成方位差和俯仰差方向图。

以方位方向的两个十字交叉振子8为例，在差波束馈源网络中，方位方向的两个馈源先通过和差器对两个垂直方向的电场进行差值，形成两路差值信号，然后再利用圆极化器形成方位的左、右旋圆极化信号，再通过3dB电桥将同旋向的圆极化信号形成90°相位差传输给该旋向的低噪声放大器。

设差波束网络中通过和差器的信号为C₁、C₁、C_1、C₁。天线阵子水平方向接收到的信号为E_1S、E_3S、E_2S、E_4S，垂直方向接收到的信号为E_1C、E_3C、E_2C、E_4C。中心单元阵子接收到的和信号为E_5S、E_5C。包括了信号的幅度、相位、空间矢量信息，则有：

$C_1=\frac{1}{\sqrt{2}}(E_{1S}-E_{3S});$

$C_2=\frac{1}{\sqrt{2}}(E_{1C}-E_{3C});$

$C_3=\frac{1}{\sqrt{2}}(E_{2S}-E_{4S});$

$C_4=\frac{1}{\sqrt{2}}(E_{2C}-E_{4C}).$

这四路差信号再经过圆极化器和电桥的转换得到左旋差信号s₁和右旋差信号s₂,左旋和信号与右旋和信号则由中心单元单独接收再通过圆极化转换，设左旋和信号为H_SL,右旋和信号为H_SR。则经过推导可以得到左右旋差信号和左右旋和信号的表达公式：

得到的差信号和和信号中包括了各自的俯仰和方位信号。

如图1和2所示，一个S频段单脉冲自跟踪天线波束形成网络的实施方案，该方案通过五单元十字交叉振子8实现S频段信号的接收，再由后端的和差器和圆极化器实现圆极化和差信号的产生。通过一个圆柱形铝结构的天线馈源盒9将十字交叉振子8和波束形成网络12组件封装在一起，以达到可靠的电性能。其中间的十字交叉振子8进行进行信号的发射和接收并形成和信号，左右两个十字交叉振子8接收信息之差形成方位差信号，上下两个十字交叉振子8接收信息之差构成俯仰差信号。

由于差喇叭之间的距离较大，其差波瓣的性能比4喇叭馈源好，在一定程度上缓和了和差矛盾，此外，这种馈源的加减网络较为简单便于实现，能得到了广泛的应用。

本发明采用五单元十字交叉阵子阵列天线，按菱形分布结构组成，通过两对阵子天线实现了宽波束、宽频带和圆极化的技术要求。每个阵子天线使用对称的结构形式以及内导体跳线的馈电方式，实现了宽波束和保证了方向图的对称性。

(三)天线

如图6所示，图6为天线的主反射面曲线图。主反射面口径：1.8m；主反射面焦距：666mm；S频段馈源照射角：68.5°。因为天线的口径较小，将采用结构相对简单的前馈形式。

本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统采用1.8米遥测天线，本发明系统主要完成遥测信号的接收和单通道单脉冲信号的形成。将馈源系统采用前馈的方式安装在1.8米的抛物面天线上，天线主反射面接收电磁波信号，信号经主反射面反射后进入五单元十字交叉振子8馈源，进入五单元十字交叉振子8馈源的信号能量在馈源系统内传输，经过波束形成网络处理后，由微波网络的相应端口输出，再经过LNA放大送到接收机。

(四)仿真

使用仿真软件(CST)对本天线进行了仿真计算，仿真模型如图7所示，计算出中心频率出的和差方向图以及圆极化轴比方向图。

如图8～12所示，图8～12为仿真结果图，图8为接收频率为2.3GHz处的和方向图(0deg)，图9为频率2.3GHz处和方向图(90deg)，图10为频率2.3GHz处轴比方向图，图11为频率2.3GHz处差方向图(0deg)，图12为频率2.3GHz处差方向图(90deg)。

从仿真图得到的天线增益为29.84dBi，第一副瓣电平为-15.5dB，两个指标都满足技术指标要求。馈源的圆极化轴比带内小于1dB，反射面天线的圆极化轴比小于馈源的轴比。天线的差波束零深与馈源的差方向图密切相关，馈源差方向图零深大于30dB，因此反射面天线的差波束零深能够满足系统指标要求的30dB零深。

考虑到实际的天线系统的会受到天线反射面、馈源、网络组件以及馈线插等各方面的影响，因此通过各个组成部分的效率来估算天线的总效率。波束形成网络中的各组件的插损对整个天线的效率影响很大，因此对各组件的选用有严格的要求。其各个组件的插损如表1所示。

天线效率的计算公式为：

η＝η₁η₂η₃η₄η₅η₆

式中:η---天线的总效率；η₁---反射面的截获效率；η₂---馈源照射效率；η₃---馈源

表1 S频段馈源网络差损

网络插损；η₄---馈源及支杆遮挡效率；η₅---RMS的插损；η₆---交叉极化及相位误差效率。

各组件的效率估算如表2所示，表面公差带来的插损以频带内的最大插损计算：

表2 天线效率估算表

考虑馈源网络损耗后，该天线系统在实测中的增益估算为28.85dBi，满足28.5dBi的增益要求。

本发明S频段单脉冲自跟踪天线系统是一种五单元十字交叉阵子阵列天线作为馈源的S频度单脉冲跟踪抛物面天线系统。五单元十字交叉阵子阵列组成的轴对称圆形阵列天线将接收到的信号通过馈电网络组件形成圆极化的和差信号，实现单脉冲自跟踪。该馈源安装在口径为1.8米的在天线抛物面反射体上作为照射器，通过对该天线系统进行仿真，在2.2～2.4GHz频段范围内，其和方向图增益大于28dBi,差方向图零深大于30dB，满足系统指标要求。

Claims (8)

1.S频段单脉冲自跟踪天线系统，它包括天线和馈源系统，其特征在于：所述的馈源系统包括天线馈源和波束形成网络（12），所述的天线馈源包括多个作为外侧振子单元的十字交叉振子（8）和一个作为中心振子单元的十字交叉振子（8）；

所述的波束形成网络（12）包括和信号形成电路和差信号形成电路，和信号形成电路与中心振子单元连接产生左右旋和信号，差信号形成电路与外侧振子单元连接产生左右旋差信号。

2.根据权利要求1所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的十字交叉振子（8）包括四个相同的振子（1）和分别与四个振子（1）连接的连接臂（2），四个振子（1）的轴心线在同一平面，且每相邻两个振子（1）的轴心线呈90o夹角，四个振子（1）分别固定在四个连接臂（2）的上端。

3.根据权利要求2所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的四个振子（1）的馈电点（3）均设置在与之相连的连接臂（2）的顶端，且同轴振子的馈电点（3）通过馈电跳线（4）连接。

4.根据权利要求2所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的连接臂（2）包括外导体（201）和内导体（202）；

所述的振子（1）包括两个与同轴馈电外导体（201）连接的振子（1），即振子（1a）的馈电点（3a）通过振子（1c）的馈电点（3c）与连接臂（2c）的外导体（201）连接；

振子（1b）的馈电点（3b）通过振子（1d）的馈电点（3d）与连接臂（2d）的外导体（201）连接；

所述的振子（1）包括两个与同轴馈电内导体（202）连接的振子（1），即振子（1c）的馈电点（3c）通过振子（1a）的馈电点（3a）与连接臂（2a）的内导体（202）连接；

振子（1d）的馈电点（3d）通过振子（1b）的馈电点（3b）与连接臂（2b）的内导体（202）连接。

5.根据权利要求2所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的十字交叉振子（8）还包括底座（5），四个连接臂（2）均匀分布在底座（5）上与底座（5）固定连接，所述的底座（5）上包括一个或多个安装孔（6）；

所述的十字交叉振子（8）还包括偏谐片（7），所述的偏谐片（7）设置在四个振子（1）的上方。

6.根据权利要求1所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的差信号形成电路包括和差器A～D、圆极化器A～B和电桥A～B；

和差器A的输入分别与第一、第三十字交叉振子（8）的馈电点（3a）连接；

和差器B的输入分别与第一、第三十字交叉振子（8）的馈电点（3b）连接；

和差器C的输入分别与第二、第四十字交叉振子（8）的馈电点（3a）连接；

和差器D的输入分别与第二、第四十字交叉振子（8）的馈电点（3b）连接；

圆极化器A的输入分别与和差器A和和差器B的输出连接；

圆极化器B的输入分别与和差器C和和差器D的输出连接；

电桥A的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的一个输出连接；

电桥B的输入分别与圆极化器A和圆极化器B的另一个输出连接；

电桥A的输出端输出左旋差信号，电桥B的输出端输出右旋差信号。

7.根据权利要求1所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的和信号形成电路包括圆极化器C，所述的圆极化器C的输入分别与中心振子单元的馈电点（3a）和馈电点（3b）连接，圆极化器C的一个输出端输出左旋和信号，另一个输出端输出右旋和信号。

8.根据权利要求1所述的S频段单脉冲自跟踪天线系统，其特征在于：所述的波束形成网络（12）还包括放大电路，所述的放大电路包括放大器A～D，所述的放大器A与电桥A连接，放大器B与电桥B连接，放大器C与圆极化器C的一个输出连接，放大器D与圆极化器C的另一个输出连接；所述的放大器A～D为低噪声放大器。