CN107093798A - 一种连续波雷达电子波束扫描天线装置 - Google Patents

一种连续波雷达电子波束扫描天线装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续波雷达电子波束扫描天线装置，包括m个n单元线阵天线阵列(1)、1个m端口巴特勒矩阵(2)、1个1:m通道射频开关(3)、1个环形器(4)、1个发射定向耦合器(5)、1个接收定向耦合器(6)、1个矢量调制器(7)、1个射频功率放大器(8)、1个低噪声放大器(9)；本发明具有连续波体制工作条件下，连续波信号收发可以在同一个天线口径中实现一维波束电控扫描的特点；可以应用在连续波体制雷达系统及其他连连续波体制微波收发系统中。

Description

一种连续波雷达电子波束扫描天线装置
技术领域
本发明涉及连续波雷达领域的电子波束扫描技术设备，特别适用于连续波雷达系统中的电扫阵列天线设备。也可应用于其他连连续波体制微波收发系统。
背景技术
在连续波雷达系统中，由于探测的目标是运动的，为了有效对目标进行探测与跟踪，需要研制具有快速波束扫描能力的天线系统，传统连续波雷达通过机械式伺服系统完成二维空域扫描，以实现目标探测与跟踪，存在设备重量重，扫描速度低的技术局限。采用收发分置的双天线相控阵方案，或收发分置的双天线空域数字信号处理的智能天线，虽然解决了收发信号泄露的隔离问题，但天线口径过大，设备体积重量大，设备成本高，收发两部天线需要进行电轴对齐校准，否则会有接收波束与发射波束的指向误差。而收发共口径的相控阵体制或数字波束体制，由于天线间的互耦，而收发信号是同频率的，导致无法有效隔离发射信号向接收通道的泄露，所以体制上很难实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于在功率放大器、低噪声放大器、环形器三个收发射频前端主要部件与m个n单元线阵天线阵列之间引入m端口巴特勒矩阵，将雷达扫描空域划分为m个一维扇区，在一维上逐个扇区进行目标探测与跟踪，及解决了收发隔离问题，又实现了收发信号共用一部天线的问题，减小了设备体积，简化了连续波雷达电子波束扫描天线设备的组成，降低了设备成本的同时，也解决了收发分置的双天线相控阵方案中收发波束指向对准的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种连续波雷达电子波束扫描天线装置，其特征在于：包括m个n单元线阵天线阵列，n为≥2的自然数；1个m端口巴特勒矩阵，m为≥2的自然数；1个1:m通道射频开关，m为≥2的自然数；1个环形器、1个发射定向耦合器、1个接收定向耦合器、1个矢量调制器、1个射频功率放大器、1个低噪声放大器组成。
所述的m个n单元线阵天线阵列将自由空间输入的电磁波信号进行电磁感应接收后输出至m端口巴特勒矩阵，m端口巴特勒矩阵将空域划分为m个一维扇区，通过1:m通道射频开关选择扇区进行信号接收，由1:m通道射频开关将该信号传输至环形器，环形器将接收信号进行有向传输至接收定向耦合器，接收定向耦合器将接收到的信号通过直通支路传输至低噪声放大器，低噪声放大器将接收到的射频信号进行低噪声放大后输出。同时，射频功率放大器将输入的射频发射信号进行功率放大后输入至发射定向耦合器，发射定向耦合器将信号分别传输至环形器和矢量调制器，环形器将发射信号进行有向传输至1:m通道射频开关，1:m通道射频开关进行波束通道选择，将发射信号输入至m端口巴特勒矩阵的对应所选波束的输入端口，m端口巴特勒矩阵将1:m通道射频开关输入的选定的波束端口上的发射信号进行幅相调整，经过m端口巴特勒矩阵幅相调整的射频发射信号输出至m个n单元线阵天线阵列，m个n单元线阵天线阵列将幅相调整后的发射信号辐射至选定的扇区。发射定向耦合器将耦合出的发射耦合信号输入至矢量调制器，经过矢量调制器对信号进行幅相调整后，注入接收定向耦合器，用于对接收通道上的发射信号泄露进行射频对消。接收与发射，均通过1:m通道射频开关选择m端口巴特勒矩阵不同的波束通道而实现一维电子波束扫描。
本发明1个m端口巴特勒矩阵2，m为≥2的自然数，采用波导传输线实现，通过射频连接器与1:m通道射频开关3连接，或采用微带、带状线、基片集成波导、共面波导实现，与1:m通道射频开关3印制在同一个印制电路板。
本发明1个1:m通道射频开关3，m为≥2的自然数，采用大功率PIN管电子开关安装在印制电路板上实现，或采用PIN电子开关集成电路安装在印制电路板上实现。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明的连续波雷达电子波束扫描天线装置采用一维电扫方式搜索和跟踪目标，波束的扫描速度快、跟踪速度快。
2.本发明的连续波雷达电子波束扫描天线装置共用一个天线口径，设备体积小，重量轻。
3.本发明的连续波雷达电子波束扫描天线装置采用巴特勒矩阵实现波束扫描，比相控阵体制的雷达设备量少，成本低。
4.本发明的连续波雷达电子波束扫描天线装置有效的解决了波束扫描、天线口径共用与收发通道隔离的技术矛盾，收发共口径的连续波电子波束扫描天线得到实现。
附图说明
图1是本发明的原理方框图。
具体实施方式
参照图1，m个n单元线阵天线阵列1，n为≥2的自然数；1个m端口巴特勒矩阵2，m为≥2的自然数；所述的1个1:m通道射频开关3，m为≥2的自然数；所述的1个环形器4、1个发射定向耦合器5、1个接收定向耦合器6、1个矢量调制器7、1个射频功率放大器8、1个低噪声放大器9。
所述的m个n单元线阵天线阵列1将自由空间输入的电磁波信号进行电磁感应接收后输出至m端口巴特勒矩阵2，m端口巴特勒矩阵2将空域划分为m个一维扇区，通过1:m通道射频开关3选择扇区进行信号接收，由1:m通道射频开关3将该信号传输至环形器4，环形器4将接收信号进行有向传输至接收定向耦合器6，接收定向耦合器6将接收到的信号通过直通支路传输至低噪声放大器9，低噪声放大器9将接收到的射频信号进行低噪声放大后输出。同时，射频功率放大器8将输入的射频发射信号进行功率放大后输入至发射定向耦合器5，发射定向耦合器5将信号分别传输至环形器4和矢量调制器7，环形器4将发射信号进行有向传输至1:m通道射频开关3，1:m通道射频开关3进行波束通道选择，将发射信号输入至m端口巴特勒矩阵2的对应所选波束的输入端口，m端口巴特勒矩阵2将1:m通道射频开关3输入的选定的波束端口上的发射信号进行幅相调整，经过m端口巴特勒矩阵2幅相调整的射频发射信号输出至m个n单元线阵天线阵列1，m个n单元线阵天线阵列1将幅相调整后的发射信号辐射至选定的扇区。发射定向耦合器5将耦合出的发射耦合信号输入至矢量调制器7，经过矢量调制器7对信号进行幅相调整后，注入接收定向耦合器6，用于对接收通道上的发射信号泄露进行射频对消。接收与发射，均通过1:m通道射频开关3选择m端口巴特勒矩阵2不同的波束通道而实现一维电子波束扫描。
本发明简要工作原理如下：
理论依据：根据方向图叠加原理，一个面阵阵列天线可以看做多个线阵阵列天线的和。
将m×n个单元组成的面阵阵列天线，通过方向图叠加原理划分为m个n单元线阵天线阵列，每个n单元线阵天线阵列连接一个m端口巴特勒矩阵，形成m个可选一维扇区，通过1个1:m通道射频开关选择波束扫描的扇区；接收信号与发射信号，共用一个天线口径；接收信号与发射信号同频，通过环形器实现一定隔离，发射信号泄露到接收通道低噪声放大器的信号，通过发射定向偶合器耦合出部分发射信号，经过矢量调制器幅相调整后，与泄露到接收通道的发射信号等幅反相对消，实现收发信号的隔离。
本发明安装结构如下：把图1中的一种连续波雷达电子波束扫描天线装置的发线方向指向目标扫描空域，安装在一个载具的顶部，在一维电子波束扫描的正交方向上安装正交维度旋转的机械伺服机，并安装天线罩，组成本发明。

Claims (3)

1.一种连续波雷达电子波束扫描天线装置，其特征在于：包括m个n单元线阵天线阵列(1)，n为≥2的自然数；1个m端口巴特勒矩阵(2)，m为≥2的自然数；1个1:m通道射频开关(3)，m为≥2的自然数；1个环形器(4)、1个发射定向耦合器(5)、1个接收定向耦合器(6)、1个矢量调制器(7)、1个射频功率放大器(8)、1个低噪声放大器(9)组成；
所述的m个n单元线阵天线阵列(1)将自由空间输入的电磁波信号进行电磁感应接收后输出至m端口巴特勒矩阵(2)，m端口巴特勒矩阵(2)将空域划分为m个一维扇区，通过1:m通道射频开关(3)选择扇区进行信号接收，由1:m通道射频开关(3)将该信号传输至环形器(4)，环形器(4)将接收信号进行有向传输至接收定向耦合器(6)，接收定向耦合器(6)将接收到的信号通过直通支路传输至低噪声放大器(9)，低噪声放大器(9)将接收到的射频信号进行低噪声放大后输出；同时，射频功率放大器(8)将输入的射频发射信号进行功率放大后输入至发射定向耦合器(5)，发射定向耦合器(5)将信号分别传输至环形器(4)和矢量调制器(7)，环形器(4)将发射信号进行有向传输至1:m通道射频开关(3)，1:m通道射频开关(3)进行波束通道选择，将发射信号输入至m端口巴特勒矩阵(2)的对应所选波束的输入端口，m端口巴特勒矩阵(2)将1:m通道射频开关(3)输入的选定的波束端口上的发射信号进行幅相调整，经过m端口巴特勒矩阵(2)幅相调整的射频发射信号输出至m个n单元线阵天线阵列(1)，m个n单元线阵天线阵列(1)将幅相调整后的发射信号辐射至选定的扇区；发射定向耦合器(5)将耦合出的发射耦合信号输入至矢量调制器(7)，经过矢量调制器(7)对信号进行幅相调整后，注入接收定向耦合器(6)，用于对接收通道上的发射信号泄露进行射频对消；接收与发射，均通过1:m通道射频开关(3)选择m端口巴特勒矩阵(2)不同的波束通道而实现一维电子波束扫描。
2.根据权利要求1所述的一种连续波雷达电子波束扫描天线装置，其特征在于1个m端口巴特勒矩阵(2)，m为≥2的自然数，采用波导传输线实现，通过射频连接器与1:m通道射频开关(3)连接，或采用微带、带状线、基片集成波导、共面波导实现，与1:m通道射频开关(3)印制在同一个印制电路板。
3.根据权利要求1所述的一种连续波雷达电子波束扫描天线装置，其特征在于1个1:m通道射频开关(3)，m为≥2的自然数，采用大功率PIN管电子开关安装在印制电路板上实现，或采用PIN电子开关集成电路安装在印制电路板上实现。
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