CN104569967A - 一种8毫米一维相扫体制巡航雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种8毫米一维相扫体制巡航雷达，采用平面阵列天线，平面阵列天线由四个子阵构成，每个子阵由2n条列馈、1/2n功率分配器和2n套T/R组所组成；1/2n功率分配器分别通过2n套T/R组连接2n条列馈，每一个列馈由单向排列的2m个天线辐射单元组成，1≤n≤100，1≤m≤100；平面阵列天线采用多层电路结构，层与层之间的电路连接用金属化孔进行垂直互连。发明采用平面阵列天线，平面阵列天线采用在PCB板上印刷电路的制造工艺，重量轻，成低。发明采用一维相扫的扫描方式，可实现比机械圆锥扫描方式更快的扫描速度和更全面的扫描范围。此外，发明中可对平面阵列天线的前后两面同时搜索与跟踪目标，提高了对目标的截获。

Description

一种8毫米一维相扫体制巡航雷达

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种8毫米一维相扫体制巡航雷达。

背景技术

随着电子设备的智能化，无人机得到了迅猛发展，即将成为空中打击力量的主流。在无人机的设计中，无需生命保障系统，无需高昂代价培养飞行驾驶员。可以作有人机不可忍受的高难度、高强度动作，可以在恶劣环境下执行高风险的更精准的攻击任务。近几年来世界各国对其都有大量投入。美国在尹拉克战场和最在对利比亚政府军的空袭中都使用了“捕食者”无人战机进行精确打击，该机可携带8枚导弹，有极强精确攻击能力。近期又部署了升级版MQ-1C“灰鹰”和RQ-7“影子”无人战机，在“福特”航母上搭载了X-47B无人机，其作战半径为5000km。将重量只有5磅的大威力、高打击精度“长钉”袖珍导弹取代挂载在无人机的重100磅的“地狱火”导弹。美国军方宣称，到2020年无人机的覆盖率将达空军部队的80％。欧洲各国以及以色列、日本、印度等国都装备有无人战机。我国研制的“翼龙”、“翔龙”、“彩虹”和隐身无人战机“暗箭”等都达到国际先进水平。另外,国内民用无人机已在应急救援、环境检测、电力巡线、航拍测绘、农业植保等多个领域得到广泛应用。

我国的无人机适航条例也正在制订。在军用、民用无人机迅猛发展的大背景下，提出无人战机机载预警雷达和火控雷达的研发。

由于无人机的载荷和电力供给有限、设备占用空间有限，减轻重量、降低电力消耗是其发展方向。由此，对设备的小型化、集成化有更高要求，是本发明需要突破的技术难点和技术关键。

无论是在无人机还是载人机中，雷达都是关键技术。参照图1，目前，雷达多由多个天线阵列、馈电网络、和差网络、接收机、信号处理器、控制器和频综组成。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种8毫米一维相扫体制无人机机载巡航雷达。

本发明提出的一种8毫米一维相扫体制巡航雷达，采用平面阵列天线，平面阵列天线由四个子阵构成，每个子阵由2n条列馈、1/2n功率分配器和2n套T/R组所组成；1/2n功率分配器分别通过2n套T/R组连接2n条列馈，每一个列馈由单向排列的2m个天线辐射单元组成,1≦n≦100，1≦m≦100；

平面阵列天线采用多层电路结构，层与层之间的电路连接用金属化孔进行垂直互连。

优选地，平面阵列天线采用双屏蔽最短路经走线连接的电磁兼容设计方式。

优选地，列馈由多个天馈网络组成，每一个天馈网络包括四个天线辐射单元并采用三层电路进行垂直互联；第一层包括第一介质板，四个天线辐射单元均安装在第一介质板上；第二层包括1/4功率分配器介质板，其上设置有两个1/2功率分配器，两个1/2功率分配器一起提供的四个输出端口分别与第一层的四个天线辐射单元的激励点作垂直互联；第三层包括1/2功分器电路板，其上设置有一个1/2功分器，第二层中两个1/2功率分配器的输入端口垂直下潜至第三层并分别连接1/2功分器的两个输出端口；第一层至第二层之间、第二层至第三层之间均设置有接地金属板和垂直互联介质板，第三层远离第二层的一侧设置有接地金属板。1/2功分器的输入端口与另一个天馈网络相连接。

优选地，天线辐射单元采用微带贴片天线辐射单元。

优选地，每个子阵由行馈、40条列馈和40套T/R组件所组成，行馈分别通过40套T/R组件分别连接40条列馈；行馈为1/40功率分配器；每一条列馈由单向排列的96个天线辐射单元组成，天线辐射单元的排列方向垂直于行馈。

优选地，平面阵列天线板面尺寸限于900×400mm²。

优选地，平面阵列天线采用和差比较器将四个子阵相连。

优选地，和差比较器采用魔T。

优选地，T/R组件与列馈连接采用同轴插拔式快速连接插头连接。

本发明提出的8毫米一维相扫体制巡航雷达采用平面阵列天线，平面阵列天线采用在PCB板上印刷电路的制造工艺，不仅重量比金属裂缝轻许多，制造成本也低90％以上，实现了低成本，高效能。

本发明采用一维相扫的扫描方式，可实现比机械圆锥扫描方式更快的扫描速度和更全面的扫描范围。此外，本发明中可对平面阵列天线的前后两面同时搜索与跟踪目标，提高了对目标的截获。

本发明中，平面阵列天线采用多层电路结构，且层与层之间采用垂直互联，消除了在传统的微带电路设计中，因网络走线所产生的杂散辐射而引入的相互干扰随工作频率的提高而急剧增强的现象。

附图说明

图1为相控阵雷达结构框图；

图2为天线子阵框图；

图3为多层电路结构示意图；

图4为阵列天线示意图；

图5(a)为魔T结构示意图；

图5(b)为平面魔T电路结构示意图；

图6为采用魔T作为和差比较器的和波束与差波束在H面的波瓣图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种8毫米一维相扫体制巡航雷达，采用平面阵列天线，平面阵列天线由四个子阵构成，每个子阵由2n条列馈、1/2n功率分配器和2n套T/R组所组成；1/2n功率分配器分别通过2n套T/R组连接2n条列馈，每一个列馈由单向排列的2m个天线辐射单元组成,1≦n≦100，1≦m≦100，n、m的取值可根据具体需要决定。平面阵列天线采用多层电路结构且采用双屏蔽最短路经走线连接的电磁兼容设计方式，层与层之间的电路连接用金属化孔进行垂直互连。

以下结合具体实施例对本发明做进一步解释。

本实施例提出的一种8毫米一维相扫体制巡航雷达，采用平面阵列天线，平面阵列天线由四个子阵构成。

参照图2，每个子阵由行馈、40条列馈和40套T/R组件所组成，行馈分别通过40套T/R组件分别连接40条列馈。行馈为1/40功率分配器。每一条列馈由单向排列的96个天线辐射单元组成，天线辐射单元的排列方向垂直于行馈。

本实施例中，T/R组件与列馈连接采用同轴插拔式快速连接插头，在维修过程中可以方便地更換组件。

参照图3，本实施例中，列馈由多个天馈网络组成，每一个天馈网络包括四个天线辐射单元并采用三层电路进行垂直互联。第一层包括第一介质板，四个天线辐射单元均安装在第一介质板上；第二层包括1/4功率分配器介质板，其上设置有两个1/2功率分配器，两个1/2功率分配器一起提供的四个输出端口分别与第一层的四个天线辐射单元的激励点作垂直互联；第三层包括1/2功分器电路板，其上设置有一个1/2功分器，第二层中两个1/2功率分配器的输入端口垂直下潜至第三层并分别连接1/2功分器的两个输出端口。第一层至第二层之间、第二层至第三层之间均设置有接地金属板和垂直互联介质板以实现双屏蔽，避免信号串扰。第三层远离第二层的一侧设置有接地金属板。1/2功分器的输入端口与另一个天馈网络相连接，如此，每一条列馈可形成图4所示天线结构。

本实施例中，采用多层电路结构，且层与层之间的电路连接用金属化孔进行垂直互连。如此，多层电路中形成各个独立的，相互屏蔽的仓，避免了电磁波杂散辐射引起网络布线之间的相互干扰，即自身去耦。消除了在传统的微带电路设计中，因网络走线所产生的杂散辐射而引入的相互干扰随工作频率的提高而急剧增强的现象。

本实施例中，天线辐射单元采用微带贴片天线辐射单元，且通过多层电路结构和微带贴片天线辐射单元，可将平面阵列天线板做成面0.9×0.4×0.003m³的矩形平板阵列天线，有利于将平面阵列天线结构紧凑化，小型化，模块化。

本实施例中，平面阵列天线采用和差比较器将四个子阵相连，形成单脉冲体制。平面阵列天线中的160套T/R组件可实现俯仰面的±45°一维相扫，方位面作360°机扫，旋转扫描速率为6转/分钟。本实施例中，天线增益G≥30dB。

本实施例中，平面阵列天线尺寸面积为0.9×0.4m²，阵面有效面积826×400mm2，平面阵列天线由四个子阵构成，每个子阵包括40条横向排列的由96个天线辐射单元构成的列馈，平面阵列天线中天线单元数为192×80。故而，平面阵列天线中，阵列天线单元距为：水平面dX＝4.3mm，垂直面dY＝5mm。

参照图5(a)、图5(b)，本实施例中和差比较器由一组平面魔T所构成。在工作状态下，微波信号从Σ端口4输入时,不能在Δ端口3内激发电磁场，即Δ端口3隔离，信号由端口1和端口2同相等分输出；当信号从Δ端口3输入时,不能在Σ端口4内激发电磁场,即Σ端口4隔离，信号由端口1和端口2反相等分输出。

当来自平面阵列天线中的两个子阵的信号由和差比较器的端口1和端口2同时输入,假定两个波束的方向性函数完全相同,设为F(θ),两波束接收到的信号电压振幅为E₁、E₂,并且到达和差比较器Σ端时保持不变,两波束相对天线轴线的偏角为δ,则对于θ方向的目标和信号的振幅为E_Σ,则：

$\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{\Σ}}=\left|E_{\mathrm{\Σ}}\right|=E_1+E_2={\mathrm{kF}}_{\mathrm{\Σ}}\left(\mathrm{\θ}\right)F(\mathrm{\δ}-\mathrm{\θ})+{\mathrm{kF}}_{\mathrm{\Σ}}\left(\mathrm{\θ}\right)F(\mathrm{\δ}+\mathrm{\θ})\\ ={\mathrm{kF}}_{\mathrm{\Σ}}\left(\mathrm{\θ}\right)[F(\mathrm{\δ}-\mathrm{\θ})+F(\mathrm{\δ}+\mathrm{\θ})]\\ ={\mathrm{kF}}_{\mathrm{\Σ}}^2\left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}.$

上式中，F_Σ(θ)＝F(δ-θ)+F(δ+θ)，F_Σ(θ)为接收和波束方向性函数,与发射和波束的方向性函数完全相同；k为比例系数,它与雷达参数、目标距离、目标特性等因素有关。

在和差比较器的Δ端口，即差端,两信号反相相加,输出差信号设为E_Δ。若到达Δ端口的两信号用E₁、E₂表示,它们的振幅仍为E₁、E₂,但相位相反,则差信号的振幅为：

-E_Δ＝|E_Δ|＝|E₁-E₂|。

图6所示为采用魔T作为和差比较器的和波束与差波束在H面即水平面上的波瓣图。

本实施例提供的雷达，通过多层电路和垂直互联的结构，以机载合成孔径方式对地面,海面目标进行探测.还可以作为火控传感器为制导炸弹提供目标数据。该雷达的预警距离可达100km。

根据实验，以上实施例提供的0.003m²的矩形平板阵列天线，在载机飞行中会产生风阻。按航速175km/h，垂直平面的阻力系数为1计，其风阻为26kg。无人机正常巡航航速一般为80—100km/h，此时风阻约为6—8kg。故而，采用本发明，风阻较小，有利于降低载机耗能，提高航速。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，采用平面阵列天线，平面阵列天线由四个子阵构成，每个子阵由2n条列馈、1/2n功率分配器和2n套T/R组所组成；1/2n功率分配器分别通过2n套T/R组连接2n条列馈，每一个列馈由单向排列的2m个天线辐射单元组成,1≦n≦100，1≦m≦100；

平面阵列天线采用多层电路结构，层与层之间的电路连接用金属化孔进行垂直互连。

2.如权利要求1所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，平面阵列天线采用双屏蔽最短路经走线连接的电磁兼容设计方式。

3.如权利要求2所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，列馈由多个天馈网络组成，每一个天馈网络包括四个天线辐射单元并采用三层电路进行垂直互联；第一层包括第一介质板，四个天线辐射单元均安装在第一介质板上；第二层包括1/4功率分配器介质板，其上设置有两个1/2功率分配器，两个1/2功率分配器一起提供的四个输出端口分别与第一层的四个天线辐射单元的激励点作垂直互联；第三层包括1/2功分器电路板，其上设置有一个1/2功分器，第二层中两个1/2功率分配器的输入端口垂直下潜至第三层并分别连接1/2功分器的两个输出端口；第一层至第二层之间、第二层至第三层之间均设置有接地金属板和垂直互联介质板，第三层远离第二层的一侧设置有接地金属板。1/2功分器的输入端口与另一个天馈网络相连接。

4.如权利要求3所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，天线辐射单元采用微带贴片天线辐射单元。

5.如权利要求4所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，每个子阵由行馈、40条列馈和40套T/R组件所组成，行馈分别通过40套T/R组件分别连接40条列馈；行馈为1/40功率分配器；每一条列馈由单向排列的96个天线辐射单元组成，天线辐射单元的排列方向垂直于行馈。

6.如权利要求5所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，平面阵列天线板面尺寸限于900×400mm²。

7.如权利要求1所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，平面阵列天线采用和差比较器将四个子阵相连。

8.如权利要求7所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，和差比较器采用魔T。

9.如权利要求1至8任一项所述的8毫米一维相扫体制巡航雷达，其特征在于，T/R组件与列馈连接采用同轴插拔式快速连接插头连接。