CN109861005B - 多频段交叉波束抛物面测向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其中，天线系统包括：网状反射面、旋转承重架，以及设置在旋转承重架上的背架、支撑杆、电动推杆和馈源组。其中，旋转承重架用于调整网状反射面接收信号的方向；背架用于支撑网状反射面；网状反射面用于接收不同频段的信号并反射不同频段的信号，网状反射面设置在背架上；支撑杆用于支撑背架；电动推杆用于调整网状反射面的照射张角；馈源组用于通过网状反射面将球面波信号转换为平面波信号发射，并接收网状反射面反射的不同频段的信号并形成交叉波束，馈源组的相位中心与网状反射面的焦点重合。本发明提供的测向天线系统在减小天线系统体积的前提下，实现天线宽频带与高电性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及电子侦察技术领域，尤其涉及电子侦察跟踪测向天线，具体来说就是一种多频段交叉波束抛物面测向天线。
背景技术
天线是电子侦察测向装备的重要组成部分，其性能的好坏对整个电子侦察测向装备的性能有着至关重要的影响。目前，电子侦察测向装备一般采用和差波束测向(Sum-andDifference-beam Direction Finding)或者比幅测向体制(Amplitude ComprisedDirection Finding System)，均需要多个天线形成和差波束或交叉波束，要求天线具有增益高、副瓣低、交叉波束交叉点位置稳定等特点；由于侦察测向装备的工作频段越来越宽，因此要求侦察测向装备的天线宽频带甚至超宽频带工作。
现有技术中，为确保天线的辐射特性，一般采用分段组合实现天线宽频带工作，但会导致天线的数量增多，侦察测向装备体积增大，且天线之间的互耦影响难以预测，从而导致天线的电性能指标恶化，主要因为天线宽频带与高电性能指标、天线体积之间相互制约。
因此，如何在减少天线体积的前提下，实现天线宽频带、高性能工作是所属领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多频段交叉波束抛物面测向天线，解决了现有高电性能宽频测向天线体积庞大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种多频段交叉波束抛物面测向天线，包括：网状反射面、旋转承重架，以及设置在所述旋转承重架上的背架、支撑杆、电动推杆和馈源组。其中，所述旋转承重架用于调整所述网状反射面接收信号的方向；所述背架用于支撑所述网状反射面；所述网状反射面用于接收不同频段的信号并反射不同频段的信号，所述网状反射面设置在所述背架上；所述支撑杆用于支撑所述背架；所述电动推杆用于调整所述网状反射面的照射张角；所述馈源组用于通过所述网状反射面将球面波信号转换为平面波信号发射，并接收所述网状反射面反射的不同频段的信号并形成交叉波束，所述馈源组的相位中心与所述网状反射面的焦点重合。
根据本发明的上述具体实施方式可知，多频段交叉波束抛物面测向天线至少具有以下有益效果：天线具有宽频带、高增益、低副瓣的辐射特性，同时交叉波束的交叉深度及交叉点位置在宽频带范围内变化很小。该天线为一个抛物面天线形成多个波束，减小了测向天线的体积，抛物面天线的仿真设计中已经包含了多馈源间的互耦影响，仿真结果接近真实系统。采用该类型天线的电子侦察测向系统，在减小天线体积的同时，能够大大地提高整个系统在宽频带范围内的测向灵敏度及动态范围。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
图1为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的实施例一的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的实施例二的结构示意图。
图3为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的网状反射面的结构示意图。
图4为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的网状反射面的夹角和上下边缘照射半张角。
图5为本发明具体实施方式提供的一种馈源0.75～2GHz驻波仿真图。
图6为本发明具体实施方式提供的一种0.75GHz交叉波束方向图。
图7为本发明具体实施方式提供的一种1GHz交叉波束方向图。
图8为本发明具体实施方式提供的一种2GHz交叉波束方向图。
图9为本发明具体实施方式提供的一种馈源2GHz～4GHz驻波仿真图。
图10为本发明具体实施方式提供的一种2GHz交叉波束方向图。
图11为本发明具体实施方式提供的一种3GHz交叉波束方向图。
图12为本发明具体实施方式提供的一种4GHz交叉波束方向图。
图13为本发明具体实施方式提供的一种馈源4GHz～8GHz驻波仿真图。
图14为本发明具体实施方式提供的一种4GHz交叉波束方向图。
图15为本发明具体实施方式提供的一种6GHz交叉波束方向图。
图16为本发明具体实施方式提供的一种8GHz交叉波束方向图。
图17为本发明具体实施方式提供的一种馈源8GHz～12GHz驻波仿真图。
图18为本发明具体实施方式提供的一种8GHz交叉波束方向图。
图19为本发明具体实施方式提供的一种10GHz交叉波束方向图。
图20为本发明具体实施方式提供的一种12GHz交叉波束方向图。
图21为本发明具体实施方式提供的一种馈源组的布局示意图。
附图标记说明：
1 网状反射面 2 旋转承重架
3 背架 4 支撑杆
5 电动推杆 6 馈源组
7 接收机 L 锥顶中心线
A 轴线 11 单片
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的实施例一的结构示意图，如图1所示，测向天线系统包括网状反射面、旋转承重架，以及设置在旋转承重架上的背架、支撑杆、电动推杆和馈源组。馈源组中的馈源共用网状反射面，网状反射面工作频带宽，各馈源采用双馈源工作模式，馈源发出的球面波经网状反射面反射后转换成平行于其轴线的平面波反射出去。
该附图所示的具体实施方式中，多频段交叉波束抛物面测向天线系统包括：网状反射面1、旋转承重架2，以及设置在所述旋转承重架2上的背架3、支撑杆4、电动推杆5和馈源组6。其中，所述旋转承重架2用于调整所述网状反射面1的接收信号方向；所述背架3用于支撑所述网状反射面1；所述网状反射面1用于接收不同频段的信号并反射不同频段的信号，所述网状反射面1设置在所述背架3上；所述支撑杆4用于支撑所述背架3；所述电动推杆5用于调整所述网状反射面1的照射张角；所述馈源组6用于通过所述网状反射面1将球面波信号转换为平面波信号发射，并接收所述网状反射面1反射的不同频段的信号并形成交叉波束，所述馈源组6的相位中心与所述网状反射面1的焦点重合。本发明的具体实施例中，所述馈源组6包括0.75GHz～2GHz频段馈源、2GHz～4GHz频段馈源、4GHz～8GHz频段馈源和8GHz～12GHz频段馈源。0.75GHz～8GHz频段馈源均采用4单元领结天线阵形式；8GHz～12GHz馈源采用对角线喇叭形式。所述馈源组6中的各频段馈源均采用双馈源模式，并通过双馈源的相互作用来形成所述交叉波束。各频段馈源共用所述网状反射面1。
参见图1，旋转承重架2调整网状反射面1接收信号的方向，电动推杆5调整网状反射面1的照射张角，将馈源组6中的馈源指向网状反射面1的中心以减小溢漏，而馈源的相位中心仍设置在网状反射面1的焦点位置，馈源从焦点发出的球面波经网状反射面1反射后转换为平行于馈源轴线的平面波；馈源组6中的馈源同时接收网状反射面1反射的不同频段的信号并形成交叉波束；测向天线系统采用分频段设计，共分为四个波段(频段)：Ⅰ波段0.75GHz～2GHz、Ⅱ波段2GHz～4GHz、Ⅲ波段4GHz～8GHz、Ⅳ波段8GHz～12GHz，四个波段覆盖整个工作频率范围；采用多馈源共用网状反射面技术，每个频段两个馈源，共八个馈源，实现四对交叉波束，实现了天线高增益，并减小了天线体积；馈源采用偏置馈电方式，将馈源、馈线、支撑杆等从反射波很强的区域移开，减少对馈源口径面的遮挡，改善匹配、降低副瓣电平，合理配置各馈源的相对位置及辐射方向，减小各馈源间的电磁耦合及各馈源相位中心随频率的变化范围，实现交叉波束交叉点位置及交叉深度较恒定的指标要求，实现了天线高电性能指标要求。
图2为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的实施例二的结构示意图，如图2所示，测向天线系统还包括与馈源组连接的接收机，馈源组接收网状反射面反射的不同频段的信号，通过传输线将这些不同频段的信号传送至接收机。
该附图所示的具体实施方式中，多频段交叉波束抛物面测向天线系统还包括接收机7。其中，接收机7与所述馈源组6连接，接收机7用于分析所述交叉波束的各项特性。
参见图2，测向天线系统的各个电性能指标相互关联，馈源大小、馈源之间的摆放位置以及馈源口面辐射的初级方向图都将影响到交叉波束的波束宽度、电轴方向、增益、交叉点深度和副瓣电平等指标。通过接收机7分析交叉波束的各项特性，调整馈源组6中各组馈源的辐射口径及相互位置，使各馈源频率低端辐射方向图满足网状反射面1的最佳照射张角，同时兼顾各组馈源频率高端交叉波束交点电平的变化范围，使之满足测向天线系统的电性能指标要求，通过分析得知馈源组合的排列形式为：0.75GHz～8GHz频段馈源均采用4单元领结天线阵形式；8GHz～12GHz馈源采用对角线喇叭形式；所述馈源组6中的各频段馈源均采用双馈源模式，并通过双馈源的相互作用来形成所述交叉波束；各频段馈源共用所述网状反射面1。馈源组如图21所示，从左到右依次为：0.75GHz～2GHz馈源、8GHz～12GHz馈源、4GHz～8GHz馈源与2GHz～4GHz馈源。
图3为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的网状反射面的结构示意图；图4为本发明具体实施方式提供的一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统的网状反射面的夹角和上下边缘照射半张角，如图3、图4所示，所述网状反射面1为网状抛物面，所述网状反射面1采用四片单片11拼装而成，所述网状反射面1的长为4m，所述网状反射面1的宽为3m；所述单片11的长为1m，所述单片11的宽为3m。
所述网状反射面1的锥顶中心线L与轴线A的夹角ψ0具体为：
其中，上述公式中的f为所述网状反射面的焦距；D'为所述网状反射面的偏移轴向高度；D为所述网状反射面的口面直径。
所述网状反射面1的上下边缘照射半张角ψ1具体为：
其中，上述公式中的f为所述网状反射面的焦距；D'为所述网状反射面的偏移轴向高度；D为所述网状反射面的口面直径。
馈源组按照图21进行布局，调整各组馈源的辐射口径及相互位置，使各馈源频率低端辐射方向图满足反射面的最佳照射张角，同时兼顾各组馈源频率高端交叉波束交点电平的变化范围，使之满足电性能指标要求，通过软件优化仿真，多频段交叉波束抛物面测向天线系统各频段仿真结果如如图5～图20所示，由仿真设计结果可以得出：该测向天线在超宽频段内具有增益高、副瓣低的辐射特性，同时交叉波束的交叉深度及交叉点位置在宽频带范围内变化很小。
上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)中执行上述方法的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，该测向天线系统包括：网状反射面(1)、旋转承重架(2)，以及设置在所述旋转承重架(2)上的背架(3)、支撑杆(4)、电动推杆(5)和馈源组(6)，其中，所述馈源组(6)包括多个馈源，
所述旋转承重架(2)用于调整所述网状反射面(1)接收信号的方向；
所述背架(3)用于支撑所述网状反射面(1)；
所述网状反射面(1)用于接收不同频段的信号并反射不同频段的信号，所述网状反射面(1)设置在所述背架(3)上；
所述支撑杆(4)用于支撑所述背架(3)；
所述电动推杆(5)用于调整所述网状反射面(1)的照射张角；
所述馈源组(6)用于通过所述网状反射面(1)将球面波信号转换为平面波信号发射，并且所述馈源组(6)中的多个馈源同时接收所述网状反射面(1)反射的不同频段的信号并形成交叉波束，所述馈源组(6)的相位中心与所述网状反射面(1)的焦点重合，
所述网状反射面(1)的锥顶中心线(L)与轴线(A)的夹角ψ0具体为：
其中，上述公式中的f为所述网状反射面的焦距；D'为所述网状反射面的偏移轴向高度；D为所述网状反射面的口面直径，
所述网状反射面(1)的上下边缘照射半张角ψ1具体为：
其中，上述公式中的f为所述网状反射面的焦距；D'为所述网状反射面的偏移轴向高度；D为所述网状反射面的口面直径。
2.根据权利要求1所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，该测向天线系统还包括：
接收机(7)，与所述馈源组(6)连接，用于分析所述交叉波束的各项特性。
3.根据权利要求1所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，所述馈源组(6)包括0.75GHz～2GHz频段馈源、2GHz～4GHz频段馈源、4GHz～8GHz频段馈源和8GHz～12GHz频段馈源。
4.根据权利要求3所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，0.75GHz～8GHz频段馈源均采用4单元领结天线阵形式；8GHz～12GHz馈源采用对角线喇叭形式。
5.根据权利要求4所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，所述馈源组(6)中的各频段馈源均采用双馈源模式，并通过双馈源的相互作用来形成所述交叉波束。
6.根据权利要求5所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，各频段馈源共用所述网状反射面(1)。
7.根据权利要求1所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，所述网状反射面(1)为网状抛物面。
8.根据权利要求7所述的多频段交叉波束抛物面测向天线系统，其特征在于，所述网状反射面(1)采用四片单片(11)拼装而成，所述网状反射面(1)的长为4m，所述网状反射面(1)的宽为3m；所述单片(11)的长为1m，所述单片(11)的宽为3m。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20210126 |
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