CN114361815B - 一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线旁瓣抑制技术领域，公开了一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，使用和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统时执行如下操作：改变某个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的T/R组件中移相器相位进行一维波束扫描，使该和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道输出差波束；将另外(N‑1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线T/R组件中移相器相位设为固定值，另外(N‑1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道输出宽波束。本发明解决了现有技术存在的难以实现差波束对和波束方位360°范围内的旁瓣抑制等问题。

Description

一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法
技术领域
本发明涉及天线旁瓣抑制技术领域，具体是一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法。
背景技术
二次雷达(Secondary Surveillance Radar,SRR)是一种通过发射信号并接收应答信号以获得目标信息的电子设备。由于相控阵天线的独特优势，如具有波束灵活可控以及快速捷变的能力，并且便于多功能集成，已越来越多的应用于包括二次雷达在内的各个领域。二次雷达系统的相控阵天线通常设计为和、差双通道相控阵天线或和、差、旁瓣抑制三通道相控阵天线。二次雷达系统中，存在旁瓣干扰。为消除旁瓣干扰，应用于二次雷达系统的相控阵天线可以设计为和、差双通道天线或和、差、旁瓣抑制三通道天线。和、差双通道天线方案，仅需形成和、差双波束，需要和、差两个通道，采用差通道对和通道进行旁瓣抑制。和、差、旁瓣抑制三通道天线方案，需要在形成和、差波束的基础上，再形成一个旁瓣抑制波束，需要和、差、旁瓣抑制三个通道，采用旁瓣抑制通道对和通道进行旁瓣抑制。
对于对机械扫描的和、差双通道天线，2020年的中国发明专利(申请号：202010481111.4)公开了一种和差双通道旁瓣抑制天线，采用在前向阵列的基础上增加后向阵列的方式，实现差通道对和通道旁瓣的方位360°范围的抑制。对于采用相控阵天线体制的舰载平台或地面平台的二次雷达系统，为了实现方位360°范围内的空域扫描覆盖，通常需要3个以上的相控阵天线，典型个数为4个，每个天线各自覆盖一定的区域。由于安装平台的影响及多个相控阵天线相互遮挡，无法通过增加后向阵列的方式实现差通道对和通道旁瓣的方位360°范围的抑制。
目前，采用和差双通道体制的相控阵天线难以实现差波束对和波束方位360°范围内的旁瓣抑制。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，解决现有技术存在的难以实现差波束对和波束方位360°范围内的旁瓣抑制等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线，包括M个T/R组件、M个天线单元、波束形成网络、波控器，T/R组件、天线单元、波束形成网络依次相连构成相扫通道，所述波控器用以控制T/R组件，M个天线单元构成天线阵列，所述波束形成网络输出端连接有和波束接收通道、差波束接收通道；其中，M≥4且M为整数。
作为一种优选的技术方案，M个天线单元沿直线构成一维相扫天线阵列。
作为一种优选的技术方案，相邻天线单元之间的距离相等。
作为一种优选的技术方案，相邻天线单元之间的距离为0.5λ0～0.5λH；其中，λ0表示工作频带中心频率对应的波长，λH表示工作频带高频对应的波长。
作为一种优选的技术方案，M＝16。
作为一种优选的技术方案，所述天线单元为具有垂直极化特性的印刷振子天线或具有垂直极化特性的微带贴片天线。
一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统，包括N个所述的一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线，相邻两相扫天线阵列的方位面夹角相同；其中，N≥3且N为整数。
作为一种优选的技术方案，N＝4。
一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，改变某个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的T/R组件中移相器相位进行一维波束扫描，使该和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道输出差波束；将另外(N-1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线T/R组件中移相器相位设为固定值，另外(N-1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道输出宽波束。
作为一种优选的技术方案，若P∑_i＞P1，则对和波束信号与差波束信号进行测角处理；若P∑_i≤P1，则对和波束信号进行抑制处理；其中，i表示相控阵天线的编号，1≤i≤N且N为整数，P∑_i表示第i个相控阵天线的和波束接收通道测量得到的信号幅度，P1表示所有相控阵天线的差波束接收通道测量得到的信号幅度的比较值。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
本发明采用和、差双通道相控阵天线方案，通过多个相控阵天线组合使用，并调节各个相控阵天线的幅度与相位权值，在相扫天线阵列俯仰波束覆盖范围内、方位360°能够实现差通道合成信号对和通道旁瓣信号的抑制，即和波束主瓣以外，差通道合成信号电平均比和通道旁瓣信号电平高，覆盖率达到了100％。并且在各对应角度上，差通道信号电平至少比和通道旁瓣信号电平大10dB。同时，差通道合成信号对和通道的旁瓣抑制不会受海面或者地面的多径影响。本发明系统构架简单、容易实现，克服了和、差、旁瓣抑制三通道体制的相控阵天线设备复杂度高、成本代价大的问题。
附图说明
图1是本发明一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的结构示意图；
图2是天线阵列的结构示意图；
图3是四面相控阵天线安装布局示意图(顶视图)；
图4是和接收通道与差波束接收通道的处理示意图；
图5是扫描-47.5°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图；
图6是扫描-20°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图；
图7是扫描0°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图；
图8是扫描20°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图；
图9是扫描47.5°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图。
附图中标记及相应的零部件名称：1、T/R组件，2、天线单元，3、波束形成网络，4、波控器，5、和波束接收通道，6、差波束接收通道。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图9所示，本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，弥补现有旁瓣抑制技术的不足，提供一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。针对上述目的，本发明提出了一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线，包括：相扫天线阵列、T/R组件1、波束形成网络3、波控器4，相扫天线阵列至少由M个天线单元2组成，其中M≥4。本实施例相扫天线阵列的天线单元2典型数量为M＝16。天线单元2可选用具有垂直极化特性的印刷振子天线或者微带贴片天线。每个天线单元2的工作频带中心频率对应的波长为λ0，工作频带高频对应的波长为λH。可选的，按相邻天线单元2距离为0.5λ0～0.5λH沿直线均匀排列为相扫天线阵列。相扫天线阵列采用低副瓣幅度加权设计，本实施例相扫天线阵列的幅度加权分布(W)为：0.065:0.105:0.199:0.351:0.543:0.741:0.906:1:1:0.906:0.741:0.543:0.351:0.199:0.105:0.065。相扫天线阵列通过T/R组件1中移相器相位的改变进行一维波束扫描，经波束形成网络3形成和波束与差波束。为了实现方位360°范围内的空域扫描覆盖，需要N个相控阵天线，其中N≥3。每个相控阵天线均相同。相控阵天线在方位向均匀旋转布阵，每个相控阵覆盖区域为360°/N。4个相控阵天线的序号分别记为1～N。本实施例含旁瓣抑制波束的相控阵天线的典型数量为N＝4。根据目标所在空域，从4个相控阵天线中选择对应的相控阵天线，该天线的序号记为i，i∈[1,4]。第i个相控阵天线通过T/R组件1中移相器相位的改变进行一维波束扫描，经波束形成网络3形成和波束与差波束。和波束信号与差波束信号分别由和波束接收通道5与差波束通道进行检测。和波束接收通道5测量得到的信号幅度为P∑_i，差波束接收通道6测量得到的信号幅度为PΔ_i。另外3个相控阵天线幅度加权保持不变，相位加权分布(rad)为：3.48:3.49:0.87:3.55:4.71:0.85:2.73:2.87:-0.27:-0.41:-2.29:1.57:0.41:-2.27:0.35:0.34，经各自的波束形成网络3的差通道分别形成宽波束。3个宽波束信号分别由对应的3个差波束接收通道6进行检测，测量得到的信号幅度为Pj，其中j∈[1,4]，并且j≠i。对测量得到的3个宽波束信号进行比较，其中幅度最大值为P0＝max(Pj)。对第i个相控阵天线差波束接收通道6测量得到的信号幅度PΔ_i与其余3个宽波束信号幅度的最大值P0进行比较，其中幅度最大值为P1＝max(P0，PΔ)。如P∑_i＞P1，则和波束接收通道5收到的信号为和波束主瓣信号，对和波束接收通道5与差波束通道接收的和波束信号与差波束信号进行测角处理；P∑_i≤P1，则和波束接收通道5收到的信号为和波束旁瓣信号，对旁瓣信号进行抑制处理。
本发明提供一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，采用和、差双通道相控阵天线方案，通过多个相控阵天线组合使用，并调节各个相控阵天线的幅度与相位权值，在相扫天线阵列俯仰波束覆盖范围内、方位360°能够实现差通道合成信号对和通道旁瓣信号的抑制，即和波束主瓣以外，差通道合成信号电平均比和通道旁瓣信号电平高，覆盖率达到了100％。并且在各对应角度上，差通道信号电平至少比和通道旁瓣信号电平大10dB。同时，差通道合成信号对和通道的旁瓣抑制不会受海面或者地面的多径影响。本发明系统构架简单、容易实现，克服了和、差、旁瓣抑制三通道体制的相控阵天线设备复杂度高、成本代价大的问题。
本发明可以广泛应用于雷达相控阵天线旁瓣抑制领域，特别是应用于舰载平台或地面平台的二次雷达系统天线领域。
实施例2
如图1至图9所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种含旁瓣抑制波束的相控阵天线，包括：相扫天线阵列、T/R组件1、波束形成网络3、波控器4。
参阅图2。相扫天线阵列至少由M个天线单元2组成，其中M≥4。本实施例相扫天线阵列的天线单元2典型数量为M＝16。天线单元2可选用具有垂直极化特性的印刷振子天线或者微带贴片天线。每个天线单元2的工作频带中心频率对应的波长为，工作频带高频对应的波长为。可选的，按相邻天线单元2距离为～沿直线均匀排列为相扫天线阵列。相扫天线阵列采用低副瓣幅度加权设计，本实施例相扫天线阵列的幅度加权分布(W)为：0.065:0.105:0.199:0.351:0.543:0.741:0.906:1:1:0.906:0.741:0.543:0.351:0.199:0.105:0.065。相扫天线阵列通过T/R组件1中移相器相位的改变进行一维波束扫描，经波束形成网络3形成和波束与差波束。
参阅图3。为了实现方位360°范围内的空域扫描覆盖，需要N个相控阵天线，其中N≥3。每个相控阵天线均相同。相控阵天线在方位向均匀旋转布阵，每个相控阵覆盖区域为360°/N。相控阵天线的序号分别记为1～N。本实施例含旁瓣抑制波束的相控阵天线的典型数量为N＝4。
根据目标所在空域，从4个相控阵天线中选择对应的相控阵天线，该天线的序号记为i，i∈[1,4]。相控阵天线通过T/R组件1中移相器相位的改变进行一维波束扫描，经波束形成网络3形成和波束与差波束。和波束信号与差波束信号分别由和波束接收通道5与差波束接收通道6进行检测。和波束接收通道5测量得到的信号幅度为P∑_i，差波束接收通道6测量得到的信号幅度为PΔ_i。
另外3个相控阵天线幅度加权保持不变，相位加权分布(rad)为：3.48:3.49:0.87:3.55:4.71:0.85:2.73:2.87:
-0.27:-0.41:-2.29:1.57:0.41:-2.27:0.35:0.34，经各自的波束形成网络3的差通道分别形成宽波束。3个宽波束信号分别由对应的3个差波束接收通道6进行检测，测量得到的信号幅度为Pj，其中j∈[1,4]，并且j≠i。对测量得到的3个宽波束信号进行比较，其中幅度最大值为P0＝max(Pj)。
对第i个相控阵天线差波束接收通道6测量得到的信号幅度PΔ_i与其余3个宽波束信号幅度的最大值P0进行比较，其中幅度最大值为P1＝max(P0，PΔ_i)。如P∑_i＞P1，则和波束接收通道5收到的信号为和波束主瓣信号，对和波束接收通道5与差波束通道接收的和波束信号与差波束信号进行测角处理；如P∑_i≤P1，则和波束接收通道5收到的信号为和波束旁瓣信号，对旁瓣信号进行抑制处理；如信号幅度P∑_i和P1均未超过接收机噪声电平，则无信号，无需后续处理。
图5～图9为本发明的和差双通道旁瓣抑制相控阵天线分别扫描-47.5°、-20°、0°、20°、47.5°时的和通道信号与差通道合成信号的归一化方位面方向图。从图5～图9可见，在方位360°范围内，能够实现差波束合成信号对和波束信号旁瓣的全覆盖，覆盖率达到了100％。且在各对应角度上，差波束信号电平至少比和通道旁瓣信号电平大10dB。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，其特征在于，采用的和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统包括N个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线，相邻两相扫天线阵列的方位面夹角相同；其中，N≥3且N为整数；
和差双通道旁瓣抑制相控阵天线，包括M个T/R组件(1)、M个天线单元(2)、波束形成网络(3)、波控器(4)，T/R组件(1)、天线单元(2)、波束形成网络(3)依次相连构成相扫通道，所述波控器(4)用以控制T/R组件(1)，M个天线单元(2)构成天线阵列，所述波束形成网络(3)输出端连接有和波束接收通道(5)、差波束接收通道(6)；其中，M≥4且M为整数；
使用和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统时执行如下操作：改变某个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的T/R组件(1)中移相器相位进行一维波束扫描，使该和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道(6)输出差波束；将另外(N-1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线T/R组件(1)中移相器相位设为固定值，另外(N-1)个和差双通道旁瓣抑制相控阵天线的差波束接收通道(6)输出宽波束。
2.根据权利要求1所述的一种和差双通道旁瓣抑制相控阵天线系统的使用方法，其特征在于，若P∑_i＞P1，则对和波束信号与差波束信号进行测角处理；若P∑_i≤P1，则对和波束信号进行抑制处理；其中，i表示相控阵天线的编号，1≤i≤N且N为整数，P∑_i表示第i个相控阵天线的和波束接收通道(5)测量得到的信号幅度，P1表示所有相控阵天线的差波束接收通道(6)测量得到的信号幅度的比较值。
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