CN114597653A - 交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，包括外罩，所述外罩内部放置有吸波罩，且吸波罩内部放置有双极化天线，所述吸波罩通过安装座固定于外罩底壁上，外罩通过锁紧扭固定在过渡件上。本专利针对收发隔离这一困扰交叉眼干扰电子对抗系统的实际问题，分析了影响干扰机收发隔离度的关键因素，提出了交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，通过仿真和实测证明了该隔离度设计方法能够达到110dB以上，能够满足使用指标要求。本发明结构简单，成本较低，占用空间较小，对天线单元本身的隔离度要求较小，对天线方向图影响较小，能够获得非常高的极化隔离度，而且可以根据滑轨的天线间距进一步调整隔离度。

Description

交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法
技术领域
本发明涉及电子对抗技术领域，具体为交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法。
背景技术
在现代电子对抗中，交叉眼干扰机工作时应采取雷达主瓣干扰方式，即雷达干扰机与目标应同处一个探测雷达波束内。这个要求在使用上限制了雷达干扰机的前置距离，由此要求干扰机的反应时间必须要短。为保证假目标信号与目标回波信号有好的相参性，常规的做法是交叉眼干扰机对雷达探测信号进行全脉冲采样存储，收发分时工作，但当雷达使用宽脉冲信号探测时，这种做法与干扰机快速反应时间要求相冲突。一种试图折衷的方法是，采取高速时分采样存储，这种做法能够取得低于雷达相参处理增益6dB的处理增益。这种高速时分收发转换的做法，虽然能够缩短干扰机反应时间，但输出的干扰信号在时域和频域上均有缺陷，当被干扰雷达瞬时带宽足够宽，接收信号功率足够大时，雷达有可能通过一些检测方法将这种干扰信号在时域和频域上的缺陷检测出来。由此看出，要实现多假目标干扰的有效性，同时要保证多假目标信号的逼真性，干扰机需要收发同时工作。干扰机收发同时工作带来的问题是干扰机需要解决收发隔离问题。
收发隔离一直是影响干扰机性能的重要因素，当干扰机处于收发同时工作模式时，干扰通过空间耦合同路进入接收天线将降低侦察灵敏度，造成接收端目标检测困难或接收信号质量下降，严重时更可能发生自激现象，使整个电子对抗系统处于瘫痪状态。为了保障己方侦察设备对雷达信号的正确检测，有效获取敌方目标信息，有必要研究行之有效的收发隔离方法，提高干扰机工作性能。
发明内容
本发明的目的在于提供交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，以解决上述背景技术中提出的交叉眼干扰机处于收发同时工作模式时，干扰通过空间耦合同路进入接收天线将降低侦察灵敏度，造成接收端目标检测困难或接收信号质量下降，严重时更可能发生自激现象，使整个电子对抗系统处于瘫痪状态的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，包括外罩，所述外罩内部放置有吸波罩，且吸波罩内部放置有双极化天线，所述吸波罩通过安装座固定于外罩底壁上，外罩通过锁紧扭固定在过渡件上，且过渡件中间设有隔板固定座，隔板固定座上固定有隔板，且过渡件两侧边缘开设有滑轨，所述过渡件下端设置于三脚架上，且三脚架上设有手拧螺栓，所述交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的具体步骤如下：
S1：计算雷达干扰机所需达到的隔离度的技术指标；
S2：进行空间隔离和正交极化隔离双重设计；
S3：增加隔离度，在双极化天线外部包裹吸波罩；
S4：收发天线之间增加吸波墙体；
S5：收据数据，整理得出结论。
优选的，所述外罩活动于过渡件的滑轨上，且外罩通过锁紧扭锁紧固定。
优选的，所述三脚架自带有方位和俯仰变换云台，能够满足方位向0-360°，俯仰±45°的要求。
优选的，所述双极化天线为喇叭状，且喇叭前端开口直径大于后端开口直径。
优选的，所述吸波罩外壁采用粘贴包覆的方式粘接吸波材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本专利针对收发隔离这一困扰电子对抗系统的实际问题，分析了影响干扰机收发隔离度的关键因素，提出了交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，通过仿真和实测证明了该隔离度设计方法能够达到110dB以上，能够满足使用指标要求。本发明结构简单，成本较低，占用空间较小，对天线单元本身的隔离度要求较小，对天线方向图影响较小，能够获得非常高的极化隔离度，而且可以根据滑轨的天线间距进一步调整隔离度。
附图说明
图1为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法实验装置正面结构示意图；
图2为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法实验装置俯视结构示意图；
图3为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的吸波罩侧面示意图；
图4为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的吸波罩正面示意图；
图5为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的双极化天线包覆吸波材料仿真模型；
图6为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的双极化天线包覆吸波材料后隔离度仿真结果；
图7为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的双极化天线包覆吸波材料且增加隔板仿真模型；
图8为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的双极化天线包覆吸波材料且增加隔板后仿真收发模型图；
图9为本发明交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的双极化天线包覆吸波材料且增加隔板后隔离度仿真结果。
图中：1、外罩，2、双极化天线，3、过渡件，4、隔板固定座，5、滑轨，6、锁紧扭，7、三脚架，8、手拧螺栓，9、隔板，10、安装座，11、吸波罩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
综上所述，请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，包括外罩1，外罩1内部放置有吸波罩11，且吸波罩11内部放置有双极化天线2，吸波罩11外壁采用粘贴包覆的方式粘接吸波材料，通过粘接方式将吸波材料包覆在吸波罩11外壁，从而便于拆卸更换，适用于不同吸波材料的包覆而产生不同的实验数据，双极化天线2为喇叭状，且喇叭前端开口直径大于后端开口直径，吸波罩11通过安装座10固定于外罩1底壁上，外罩1活动于过渡件3的滑轨5上，且外罩1通过锁紧扭6锁紧固定，通过锁紧扭6能够对调节两组双极化天线2之间的距离，从而满足于实验需求，外罩1通过锁紧扭6固定在过渡件3上，且过渡件3中间设有隔板固定座4，隔板固定座4上固定有隔板9，且过渡件3两侧边缘开设有滑轨5，过渡件3下端设置于三脚架7上，且三脚架7上设有手拧螺栓8，三脚架7自带有方位和俯仰变换云台，能够满足方位向0-360°，俯仰±45°的要求，交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的具体步骤如下：
S1：计算雷达干扰机所需达到的隔离度的技术指标；
根据指标要求，系统要具备收发同时和收发分时工作。同时根据交叉眼干扰机实际应用分析，为了使得干扰与目标回波在同一个雷达波门内，应该采用收发同时工作方式。根据指标要求，功放输出功率不低于10W(40dBm)，按照瞬时带宽1GHz、接收机噪声系数10、检测信噪比13得到接收机灵敏度为：
Smin＝-114+10log(1000)+10+13＝-61dBm
因此，不考虑功放到收发天线之间的电缆损耗时，至少要求收发天线间隔离度达到40+61＝101dB。
要求交叉眼基线1-10m可变，从功放到发射天线以及接收天线到接收机，本系统选取6m长度的稳相电缆，收发两段电缆损耗约为16dB，因此收发隔离度要求不小于101-16＝85dB。
S2：进行空间隔离和正交极化隔离双重设计；
收发天线距离为0.5m时，空间衰减为：
Lspace＝32+20log(D)+20log(f)
其中，D单位为Km，f单位为MHz。按照指标要求，交叉眼工作频段为16-18GHz，按照16GHz计算，则空间衰减为50dB，难以满足隔离度要求。
极化是描述电磁波特性的另一参数信息，通过充分挖掘信号极化信息，可以在目标检测，干扰抑制方面取得重要冲破。对于接收和发射天线而言，可以通过正交极化设计来获得更好的隔离。当入射信号与天线极化形式相匹配时，信号的能量才能完全进入干扰机，否则会因为极化不匹配造成能量损失，从而提高隔离度。
为了增加隔离度，每组收发天线采用正交双极化放置。对于喇叭天线、反射面天线、波导缝隙天线，极化隔离度能够达到25到30分贝，因此，采用这个设计后则离度可增加25dB左右，此时为75dB，仍然不能满足85dB隔离度要求。
S3：增加隔离度，在双极化天线2外部包裹吸波罩11；
吸波材料能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上，吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，它还具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。
我们在外部包裹吸波材料设计时，要考虑两个问题：
1、电磁波遭遇吸波材料表面时，尽可能完全穿过表面，减少反射；
2、在电磁波进入到吸波材料内部时，要使电磁波的能量尽量损耗掉。
根据实际需要、研制成本，材料的赋形能力，可以考虑以下四种吸波材料：
1、碳系吸波材料，如：石墨烯、石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管；
2、铁系吸波材料，如：铁氧体，磁性铁纳米材料；
3、陶瓷系吸波材料，如：碳化硅；
4、其他类型的材料，如：导电聚合物、左手材料、等离子材料。
综合各方面的考虑，在实际应用和后面的测试中，我们采用的是碳系吸波材料，经过测试可以增加至少20dB的隔离度。
S4：收发天线之间增加吸波墙体；
可以在收发天线阵面之间设计EBG金属墙、开设扼流槽、铺设吸波材料，以及加装金属腔等措施来提高收发天线之间的隔离度，可以保证增加隔离度15dB。
S5：收据数据，整理得出结论。
通过S1-4步骤，能够保证收发天线之间隔离度在110dB以上，能够满足85dB的隔离度要求，还能获得将近25dB的余量。
结合说明书附图实验数据进一步作如下阐述：
根据说明书附图5和6，其实验仿真结果，在喇叭外包覆吸波材料之前，当两个喇叭天线之间隔离度不到50dB，增加包覆材料后可以大大提高隔离度。但是，在3-16GHz频段内，仍然难以达到98dB以上的隔离度要求。
根据说明书附图7、8和9，在两个喇叭天线之间增加隔板，隔板尺寸为205mm*130mm仿真模型，能够进一步增加隔离度，能够保证在全频段内隔离度大于98dB。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，包括外罩(1)，其特征在于：所述外罩(1)内部放置有吸波罩(11)，且吸波罩(11)内部放置有双极化天线(2)，所述吸波罩(11)通过安装座(10)固定于外罩(1)底壁上，外罩(1)通过锁紧扭(6)固定在过渡件(3)上，且过渡件(3)中间设有隔板固定座(4)，隔板固定座(4)上固定有隔板(9)，且过渡件(3)两侧边缘开设有滑轨(5)，所述过渡件(3)下端设置于三脚架(7)上，且三脚架(7)上设有手拧螺栓(8)，所述交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法的具体步骤如下：
S1：计算雷达交叉眼干扰机所需达到的隔离度的技术指标；
S2：进行空间隔离和正交极化隔离双重设计；
S3：增加隔离度，在双极化天线(2)外部包裹吸波罩(11)；
S4：收发天线之间增加吸波墙体；
S5：收据数据，整理得出结论。
2.根据权利要求1所述的交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，其特征在于：所述外罩(1)活动于过渡件(3)的滑轨(5)上，且外罩(1)通过锁紧扭(6)锁紧固定。
3.根据权利要求1所述的交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，其特征在于：所述三脚架(7)自带有方位和俯仰变换云台，能够满足方位向0-360°，俯仰±45°的要求。
4.根据权利要求1所述的交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，其特征在于：所述双极化天线(2)为喇叭状，且喇叭前端开口直径大于后端开口直径。
5.根据权利要求1所述的交叉眼收发同时干扰的隔离度收发天线设计方法，其特征在于：所述吸波罩(11)外壁采用粘贴包覆的方式粘接吸波材料。
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