CN111129698A - 一种偏馈电控融合天线及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏馈电控融合天线及系统，该天线包括天线支架、多通道转向法兰、伺服转台、配重结构、多路柔性波导阵列、弯波导阵列、抛物反射柱面和馈源喇叭阵列，馈源喇叭阵列纵向排布于抛物反射柱面的焦点上，馈源喇叭阵列与抛物反射柱面通过天线支架组合在一起形成一个整体；天线支架一端安装在多通道转向法兰一个端口上；多路柔性波导阵列一端安装在多通道转向法兰输入端口；弯波导阵列一端与多通道转向法兰输出端口连接，另一端与馈源喇叭阵列输入口连接；多路大功率信号经多路柔性波导阵列、多通道转向法兰、弯波导阵列传输到馈源喇叭阵列，经馈源喇叭阵列进行空间功率合成后，入射到抛物反射柱面上，将信号发射到特定目标区域。

Description

一种偏馈电控融合天线及系统
技术领域
本发明涉及大功率对抗系统中的发射天线技术领域，尤其涉及一种偏馈电控融合天线及系统。
背景技术
应用于现代大功率对抗系统中的发射天线一般有喇叭天线、抛物面天线、平板阵列天线、柱状全向天线等，但是在有较高增益要求且环境特殊、安装空间极为有限情况下(例如机载环境)，这些常规的天线将不能满足系统要求，尤其是系统要实现兆瓦量级的连续波输出功率时，由于受各种微波器件耐受功率限制，单馈源、常规阵列天线的设计思路已经不能满足要求，同时也难以满足波束方位俯仰方向的扫描工作要求。因此，必须采用多路大功率信号空间合成方式，并设计新的波束扫描方案，来满足系统大功率连续波信号的空间辐射需求和波束特定方向或区域的指向跟踪要求。
现有大功率对抗系统中的发射天线采用空间功率合成技术的实际应用一般为4路、6路，空间合成路数较少，单路输出功率一般低于400W，导致总体输出连续波功率较小，难以满足兆瓦级功率输出要求；此外，在波束指向跟踪设计方面，基本为单一的机械扫描跟踪或者是电控扫描跟踪，尚无针对多路大功率连续波信号机械扫描与相控扫描相结合的应用，降低特殊应用环境下的工程设计难度，提升系统指向跟踪精度等。
发明内容
针对现有大功率对抗系统中发射天线系统存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种偏馈电控融合天线及系统，该天线为一种新的多路大功率空间合成天线，且采用机械扫描和电控扫描相结合的方式，满足特定应用环境下的兆瓦级大功率连续波空间辐射和天线波束稳定指向跟踪要求，提升了系统波束指向跟踪精度，降低了工程设计难度，优化了系统设计方案。
本发明通过下述技术方案实现：
一种偏馈电控融合天线，该天线包括天线支架、多通道转向法兰、伺服转台、配重结构、多路柔性波导阵列、弯波导阵列、抛物反射柱面和馈源喇叭阵列，馈源喇叭阵列纵向排布于抛物反射柱面的焦点上，馈源喇叭阵列与抛物反射柱面通过天线支架组合装在一起形成一个整体；所述天线支架一端安装在竖直放方向的多通道转向法兰的一个端口上；
所述多路柔性波导阵列一端安装在多通道转向法兰的输入端口；所述弯波导阵列一端与多通道转向法兰的输出端口连接，所述弯波导阵列另一端与馈源喇叭阵列输入口连接；伺服转台设于天线支架的底部，通过伺服转台驱动天线在方位面的一定角度范围内左右转动，实现天线方位面的波束机械扫描；配重结构连接天线支架且靠近多路柔性波导阵列的一端；
多路大功率信号从多路柔性波导阵列经多通道转向法兰的输入端口输入，经过弯波导阵列传输到馈源喇叭阵列，经过馈源喇叭阵列进行空间功率合成后，入射到抛物反射柱面上，再经过抛物反射柱面将信号发射到特定目标区域。
工作原理是：基于现有大功率对抗系统中的发射天线采用空间功率合成技术的实际应用一般为4路、6路，空间合成路数较少，单路输出功率一般低于400W，导致总体输出连续波功率较小，难以满足兆瓦级功率输出要求；本发明提供了一种多单元偏馈二维机电控融合天线，采用多路空间大功率合成技术方案，通过多路喇叭馈源阵列进行空间功率合成，实现了连续波高功率和高增益；本发明采用了多路柔性波导阵列组合传输信号技术，既满足了天线在一定范围内扫描工作的运动要求，又实现了多路传输信号的相位一致性。
进一步地，所述馈源喇叭阵列由多个馈源喇叭以阵列形式纵向排布组成，所述多路柔性波导阵列由多个多路柔性波导以阵列形式纵向排布组成，所述弯波导阵列由多个弯波导以阵列形式纵向排布组成；且馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等。
进一步地，所述馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等，且均为24或者其他相等个数，从而对应形成24单元或者其他单元数的天线。
进一步地，所述多通道转向法兰、天线支架、多路柔性波导阵列、弯波导阵列四者的轴向方向平行。所述多通道转向法兰同时作为竖直柱，对本天线起到支撑的作用。
进一步地，所述抛物反射柱面的曲度5°～55°。
进一步地，在伺服转台上水平设有连接体，所述连接体一端连接天线支架的底部，另一端连接配重结构。
一种偏馈电控融合天线系统，该系统包括上述的一种偏馈电控融合天线，通过伺服转台驱动天线在方位面的一定角度范围内左右转动，实现天线方位面的波束机械扫描；
还包括波束控制器，通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的波束电控扫描。
工作原理是：基于在波束指向跟踪设计方面，基本为单一的机械扫描跟踪或者是电控扫描跟踪，尚无针对多路大功率连续波信号机械扫描与相控扫描相结合的应用，降低特殊应用环境下的工程设计难度，提升系统指向跟踪精度等。本发明提供一种一种偏馈电控融合天线系统，采用了机械扫描和电控扫描相结合的方式，实现了某机载环境下系统发射波束对目标区域精确指向和稳定跟踪，并保证了系统超大功率的连续输出和扫描工作，同时减小了天线扫描转动范围，解决了复杂大功率系统机载平台装载工程实现难题。
进一步地，通过伺服转台驱动天线在方位面的±45°角度范围内左右转动，实现天线方位面的±45°角度范围内的波束机械扫描；
通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的±10°角度范围内波束电控扫描。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种偏馈电控融合天线，采用了多路空间大功率合成设计思路，通过多路喇叭馈源阵列进行空间功率合成，实现了连续波高功率、高增益和高增益，以24路为例，包括但不限于24路；
2、本发明一种偏馈电控融合天线，采用了多路柔性波导阵列组合传输信号技术，既满足了天线在一定范围内扫描工作的运动要求，又实现了多路传输信号的相位一致性；
3、本发明一种偏馈电控融合天线及系统，采用了机械扫描和电控扫描相结合的方式，实现了某机载环境下系统发射波束对目标区域精确指向和稳定跟踪，并保证了系统超大功率的连续输出和扫描工作，同时减小了天线扫描转动范围，解决了复杂大功率系统机载平台装载工程实现难题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的24单元偏馈二维机电控融合天线左侧立体视图。
图2为本发明实施例1的24单元偏馈二维机电控融合天线右侧立体视图。
图3为本发明实施例2的24单元偏馈二维机电控融合天线波束0度时方向图。
图4为本发明实施例2的24单元偏馈二维机电控融合天线波束下俯5度时方向图。
图5为本发明实施例2的24单元偏馈二维机电控融合天线波束下俯10度时方向图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-抛物反射柱面，2-弯波导阵列，3-多路柔性波导阵列，4-配重结构，5-伺服转台，6-多通道转向法兰，7-天线支架，8-馈源喇叭阵列，9-连接体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1、图2所示，本发明一种偏馈电控融合天线，该天线包括天线支架7、多通道转向法兰6、伺服转台5、配重结构4、多路柔性波导阵列3、弯波导阵列2、抛物反射柱面1和馈源喇叭阵列8，馈源喇叭阵列8纵向排布于抛物反射柱面1的焦点上，馈源喇叭阵列8与抛物反射柱面1通过天线支架7组合装在一起形成一个整体；
所述天线支架7一端安装在竖直放方向的多通道转向法兰6的一个端口上；所述多路柔性波导阵列3一端安装在多通道转向法兰6的输入端口；所述弯波导阵列2一端与多通道转向法兰6的输出端口连接，所述弯波导阵列2另一端与馈源喇叭阵列8输入口连接；伺服转台5设于天线支架7的底部，通过伺服转台5驱动天线在方位面的一定角度范围内左右转动，实现天线方位面的波束机械扫描；配重结构4连接天线支架7且靠近多路柔性波导阵列3的一端；
多路大功率信号从多路柔性波导阵列3经多通道转向法兰6的输入端口输入，经过弯波导阵列2传输到馈源喇叭阵列8，经过馈源喇叭阵列8进行空间功率合成后，入射到抛物反射柱面1上，再经过抛物反射柱面1将信号发射到特定目标区域。
其中，所述馈源喇叭阵列8由多个馈源喇叭以阵列形式纵向排布组成，所述多路柔性波导阵列3由多个多路柔性波导以阵列形式纵向排布组成，所述弯波导阵列2由多个弯波导以阵列形式纵向排布组成；且馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等。
其中，本实施例中，所述馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等，且均为24，从而对应形成24单元天线。
其中，所述多通道转向法兰6、天线支架7、多路柔性波导阵列3、弯波导阵列2四者的轴向方向平行。
其中，所述抛物反射柱面1的曲度5°～55°，减小反射电磁波信号遮挡影响，便于工程设计实现。
其中，在伺服转台5上水平设有连接体9，所述连接体9一端连接天线支架7的底部，另一端连接配重结构4。所述连接体9与伺服转台5通过法兰连接，且连接体9是一个中间圆柱体、侧边均匀设置有四个支撑体的结构，圆柱体与支撑体一体成型；沿平行多路柔性波导阵列3的其中一个支撑体上连接天线支架7的底部，另一个支撑体连接配重结构4，配重结构4用于保证整个装置的平衡。
实施时：基于现有大功率对抗系统中的发射天线采用空间功率合成技术的实际应用一般为4路、6路，空间合成路数较少，单路输出功率一般低于400W，导致总体输出连续波功率较小，难以满足兆瓦级功率输出要求；本发明实施例提供了一种多单元偏馈二维机电控融合天线(以24单元为例)，采用多路空间大功率合成技术方案，通过多路喇叭馈源阵列进行空间功率合成，实现了连续波高功率和高增益，在本例中实际是24路700W连续波功率合成；本发明采用了多路柔性波导阵列组合传输信号技术，既满足了天线在一定范围内扫描工作的运动要求，又实现了多路传输信号的相位一致性。
实施例2
如图1至图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种偏馈电控融合天线系统，该系统包括实施例1所述的一种偏馈电控融合天线，通过伺服转台5驱动天线在方位面的一定角度范围内左右转动，实现天线方位面的波束机械扫描；
还包括波束控制器，通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的波束电控扫描。
本实施例中，通过伺服转台5驱动天线在方位面的±45°角度范围内左右转动，实现天线方位面的±45°角度范围内的波束机械扫描；
通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的±10°角度范围内波束电控扫描。
实施时：基于在波束指向跟踪设计方面，基本为单一的机械扫描跟踪或者是电控扫描跟踪，尚无针对多路大功率连续波信号机械扫描与相控扫描相结合的应用，降低特殊应用环境下的工程设计难度，提升系统指向跟踪精度等。本发明提供一种一种偏馈电控融合天线系统，采用了机械扫描和电控扫描相结合的方式，实现了某机载环境下系统发射波束对目标区域精确指向和稳定跟踪，并保证了系统超大功率的连续输出和扫描工作，同时减小了天线扫描转动范围，解决了复杂大功率系统机载平台装载工程实现难题。
图3为本实施例24单元偏馈二维机电控融合天线波束0度时方向图，图4为本实施例24单元偏馈二维机电控融合天线波束下俯5度时方向图，图5为本实施例24单元偏馈二维机电控融合天线波束下俯10度时方向图。通过结果可知，该天线已成功得到了试验验证，本发明的多单元偏馈二维机电控融合天线，具有高效率、高功率、高增益等技术特点，适用于大功率通信对抗系统的信号发射和波束精确指向。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种偏馈电控融合天线，其特征在于，该天线包括天线支架(7)、多通道转向法兰(6)、伺服转台(5)、配重结构(4)、多路柔性波导阵列(3)、弯波导阵列(2)、抛物反射柱面(1)和馈源喇叭阵列(8)，馈源喇叭阵列(8)纵向排布于抛物反射柱面(1)的焦点上，馈源喇叭阵列(8)与抛物反射柱面(1)通过天线支架(7)组合装在一起形成一个整体；
所述天线支架(7)一端安装在竖直放方向的多通道转向法兰(6)的一个端口上；所述多路柔性波导阵列(3)一端安装在多通道转向法兰(6)的输入端口；所述弯波导阵列(2)一端与多通道转向法兰(6)的输出端口连接，所述弯波导阵列(2)另一端与馈源喇叭阵列(8)输入口连接；伺服转台(5)设于天线支架(7)的底部，配重结构(4)连接天线支架(7)且靠近多路柔性波导阵列(3)的一端；
多路大功率信号从多路柔性波导阵列(3)经多通道转向法兰(6)的输入端口输入，经过弯波导阵列(2)传输到馈源喇叭阵列(8)，经过馈源喇叭阵列(8)进行空间功率合成后，入射到抛物反射柱面(1)上，再经过抛物反射柱面(1)将信号发射到特定目标区域。
2.根据权利要求1所述的一种偏馈电控融合天线，其特征在于，所述馈源喇叭阵列(8)由多个馈源喇叭以阵列形式纵向排布组成，所述多路柔性波导阵列(3)由多个多路柔性波导以阵列形式纵向排布组成，所述弯波导阵列(2)由多个弯波导以阵列形式纵向排布组成；且馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等。
3.根据权利要求2所述的一种偏馈电控融合天线，其特征在于，所述馈源喇叭、多路柔性波导、弯波导三者的个数相等，且均为24，从而对应形成24单元天线。
4.根据权利要求1所述的一种偏馈电控融合天线，其特征在于，所述多通道转向法兰(6)、天线支架(7)、多路柔性波导阵列(3)、弯波导阵列(2)四者的轴向方向平行。
5.根据权利要求1所述的一种偏馈电控融合天线，其特征在于，所述抛物反射柱面(1)的曲度为5°～55°。
6.根据权利要求1所述的一种偏馈电控融合天线，其特征在于，在伺服转台(5)上水平设有连接体(9)，所述连接体(9)一端连接天线支架(7)的底部，另一端连接配重结构(4)。
7.一种偏馈电控融合天线系统，其特征在于，该系统包括权利要求1至6中任意一项所述的一种偏馈电控融合天线，通过伺服转台(5)驱动天线在方位面的一定角度范围内左右转动，实现天线方位面的波束机械扫描；
还包括波束控制器，通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的波束电控扫描。
8.根据权利要求7所述的一种偏馈电控融合天线系统，其特征在于，通过伺服转台(5)驱动天线在方位面的±45°角度范围内左右转动，实现天线方位面的±45°角度范围内的波束机械扫描；
通过波束控制器对每一路传输通道的相位进行控制和调整，改变天线合成波束的方向，实现天线俯仰面的±10°角度范围内波束电控扫描。
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