CN117117521B - 一种空管二次雷达天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涉及雷达天线领域的一种空管二次雷达天线，包括发射天线和控制天线，发射天线由圆柱相控阵天线和激励开关网络组成，圆柱相控阵天线包含3N根列线源，激励开关网络包含N个发射机，N个发射机通过旋转切换控制3N根列线源激励开关状态；控制天线位于发射天线同轴位置正上方，控制天线包括由M根列线源组成的圆柱阵天线；其中，N、M均为整数。本发明中发射天线的设计可显著减少发射机及其组件数量，降低成本；控制天线通过不等幅度激励构成近椭圆的控制波束，可降低控制天线发射总功率，从而降低运营成本，具有突出商业价值；另外，发射天线和控制天线采用相同的列线源，减少了天线种类，实现了天线列线源通用化和模块化。
Description
技术领域
本发明涉及雷达天线技术领域，具体涉及一种空管二次雷达天线。
背景技术
随着航空技术的快速发展，空管二次雷达作为航空交通管理的重要技术之一，不断在发展中追求更低的研制和运行成本、更高的性能和更强的功能。空管二次雷达天线，包含发射天线和控制天线，共包含询问波束、控制波束和应答波束，询问波束增益很高，旁瓣电平较低；控制波束具有低增益，但增益大于询问波束除主瓣以外旁瓣的增益。控制天线被用做匿影天线，广泛应用于雷达的反干扰技术中，其主要作用就是利用天线副瓣对消技术，即在雷达主天线之外，再加装一个全向天线，使得两个天线输出信号合成以后，其主瓣的信号保持基本不变，而把进入某一副瓣的干扰对消为零，从而消除副瓣干扰，提高雷达的抗干扰能力。
基于此，如何设计一个性能高、维护运用成本低的空管二次雷达天线具有商业价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何设计一种基于圆柱相控阵体制的空管二次雷达天线，本发明创造性提出了采用3N根列线源构成发射圆柱相控阵天线，并给出了开关切换实现发射圆柱阵波束扫描的方法。提出了采用非均匀幅度分布的控制天线形成近椭圆控制波束的方法，用于降低控制天线发射功率。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种空管二次雷达天线，包括发射天线和控制天线，
所述发射天线由圆柱相控阵天线和激励开关网络组成，所述圆柱相控阵天线包含3N根列线源，所述激励开关网络包含N个发射机，N个发射机通过旋转切换控制3N根列线源激励开关状态；
所述控制天线位于发射天线同轴位置正上方，控制天线包括由M根列线源组成的圆柱阵天线；
其中，N、M均为整数。
进一步改进在于，所述激励开关网络以顺时针或逆时针旋转扫描形式连续切换，保证N根连续的列线源按顺时针或逆时针扫描激励，列线源激励轮转一周，则实现波束对方位向360°扫描一次。
进一步改进在于，所述激励开关网络的切换规则为：每次只切换一个列线源，将N根正激励的列线源编号为1至N，按照扫描顺序即将开启激励的列线源编号为0，每次切换将编号为i的列线源激励幅度值赋给编号为i-1的列线源；
其中，i为1至N范围内的整数。
进一步改进在于，所述激励开关网络中N个发射机对连续分布的N根列线源进行激励，且激励时发射的N个激励信号的幅度满足一定数值的泰勒加权分布，以实现方位向低副瓣。
进一步改进在于，所述控制天线中的M根列线源的激励信号为非等幅分布，且M根列线源的激励幅度值与发射天线波束指向相关，以使控制天线合成一个近椭圆分布的波束，且该波束覆盖发射波束的旁瓣，当发射天线波束指向不同的方位角，控制天线M根列线源的激励幅度分布也随之改变。
进一步改进在于，所述控制天线中仅设计出0至180/M方位角度内的控制天线波束对发射波束旁瓣覆盖，而在其它方位角度，则根据圆柱阵旋转对称性借用，即可实现360°全方位覆盖。
进一步改进在于，所述发射天线和控制天线采用相同的列线源。
进一步改进在于，所述列线源由K个天线单元及其赋形馈电网络构成，所述赋形馈电网络为1分K路的赋形功率分配网络，且赋形馈电网络总口指向对应圆柱中心，用于对天线单元激励幅度和相位进行调节，以使天线单元在俯仰向合成余割平方波束；
其中，K为不小于8的整数。
进一步改进在于，所述发射天线和控制天线的列线源分别均匀、垂直分布在对应圆柱的外侧表面，且相邻列线源之间的距离不超过一个天线单元工作波长。
进一步改进在于，空管二次雷达天线还包括用于支撑控制天线的支撑杆，通过支撑杆使得控制天线下端高出发射天线上沿一段距离，且该距离不小于1m。
本发明的有益效果在于：
（1）该空管二次雷达天线中的发射天线包含3N根列线源，通过激励开关网络，只需要N个发射机即可实现方位向360°波束扫描，可显著减少发射机及发射组件数量，降低成本。
（2）该空管二次雷达天线中M根列线源构成的控制天线通过不等幅度激励，构成近椭圆的控制波束，相比传统等幅度激励，在达到相同控制波束覆盖效果时，可有效降低控制天线发射总功率，从而降低运营成本，具有突出商业价值。
（3）该空管二次雷达天线中发射天线和控制天线采用相同的列线源，减少了天线种类，实现了天线列线源通用化和模块化。
附图说明
图1是本发明实施例中空管二次雷达天线的结构示意图；
图2为图1中控制天线的示意图，且图2中的（a）为立体结构图、（b）为俯视结构图、（c）为正视结构图；
图3为图1中发射天线的示意图，且图3中的（a）为立体结构图、（b）为俯视结构图、（c）为正视结构图；
图4是发射天线在水平向的方向图；
图5是发射天线在俯仰向的方向图；
图6控制天线在俯仰方向对发射波束覆盖图；
图7控制天线对发射天线波束指向0°时旁瓣覆盖图。
图中：1、控制天线；2、控制天线的列线源；3、支撑杆；4、激励开关网络；5、发射天线；6、发射天线的列线源。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1-3所示，本实施例提供一种空管二次雷达天线，包括发射天线5和控制天线1，发射天线5和控制天线1均由列线源组成，发射天线5在水平向形成高增益、低旁瓣电平的波束，在俯仰向形成余割平方波束，控制天线1形成能完成覆盖发射天线5波束的控制波束。
在本实施例中，发射天线5由105根列线源6构成圆柱相控阵天线，采用激励开关网络4切换激励连续的35根列线源，35根列线源6激励信号幅度采用-20dB的泰勒加权分布，使发射天线5波束在方位向实现低副瓣。
圆柱相控阵天线的波束扫描是通过激励开关网络4按照顺时针或者逆时针方向旋转切换发射圆柱阵中的连续的35个列线源6来实现的，激励开关网络4切换时，每次只切换一个列线源6，将35根正激励的列线源6编号为1至35，按照扫描顺序即将开启激励的列线源6编号为0，每次切换将编号为i的列线源6激励幅度值赋给编号为i-1的列线源6。
在本实施例中，控制天线1由8根相同的列线源2组成圆柱阵，控制天线1下端通过支撑杆3支撑，控制天线1下沿与发射天线5上沿距离为1.5m，根据发射天线5波束分布情况，通过调节8根列线源2的激励幅度，让控制天线1合成一个近椭圆波束，实现对发射波束旁瓣的有效覆盖。
控制天线1的8根列线源2激励幅度值随着发射波束扫描指向进行动态切换，确保控制波束能够在任意方位角度，都能覆盖发射天线5波束的旁瓣。
本实施案例发射天线5包含105根列线源，采用均匀等间距分布，因此根据旋转对称性，控制天线1只需要设计0°至22.5°范围的发射波束和控制波束激励对应关系即可（180÷8=22.5）。实施案例列线源采用11个微带振子天线单元构成线阵，产生余割平方赋形波束的赋形功分网络集成在微带振子天线后方。
基于本实施例设计方法得到的空管二次雷达天线，其发射天线5询问波束如图4和图5所示，控制天线1产生的控制波束覆盖效果如图6和图7所示，空管二次雷达上行工作频率为1.03GHz，发射天线5和控制天线1产生的波束达到预期。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种空管二次雷达天线，包括发射天线和控制天线，其特征在于，
所述发射天线由圆柱相控阵天线和激励开关网络组成，所述圆柱相控阵天线包含3N根列线源，所述激励开关网络包含N个发射机，N个发射机通过旋转切换控制3N根列线源激励开关状态；
所述控制天线位于发射天线同轴位置正上方，控制天线包括由M根列线源组成的圆柱阵天线；
其中，N、M均为整数；
所述控制天线中的M根列线源的激励信号为非等幅分布，且M根列线源的激励幅度值与发射天线波束指向相关，以使控制天线合成一个近椭圆分布的波束，且该波束覆盖发射波束的旁瓣，当发射天线波束指向不同的方位角，控制天线M根列线源的激励幅度分布也随之改变。
2.根据权利要求1所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述激励开关网络以顺时针或逆时针旋转扫描形式连续切换，保证N根连续的列线源按顺时针或逆时针扫描激励，列线源激励轮转一周，则实现波束对方位向360°扫描一次。
3.根据权利要求2所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述激励开关网络的切换规则为：每次只切换一个列线源，将N根正激励的列线源编号为1至N，按照扫描顺序即将开启激励的列线源编号为0，每次切换将编号为i的列线源激励幅度值赋给编号为i-1的列线源；
其中，i为1至N范围内的整数。
4.根据权利要求2所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述激励开关网络中N个发射机对连续分布的N根列线源进行激励，且激励时发射的N个激励信号的幅度满足一定数值的泰勒加权分布，以实现方位向低副瓣。
5.根据权利要求1所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述控制天线中仅设计出0至180/M方位角度内的控制天线波束对发射波束旁瓣覆盖，而在其它方位角度，则根据圆柱阵旋转对称性借用，即可实现360°全方位覆盖。
6.根据权利要求1所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述发射天线和控制天线采用相同的列线源。
7.根据权利要求6所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述列线源由K个天线单元及其赋形馈电网络构成，所述赋形馈电网络为1分K路的赋形功率分配网络，且赋形馈电网络总口指向对应圆柱中心，用于对天线单元激励幅度和相位进行调节，以使天线单元在俯仰向合成余割平方波束；
其中，K为不小于8的整数。
8.根据权利要求6所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，所述发射天线和控制天线的列线源分别均匀、垂直分布在对应圆柱的外侧表面，且相邻列线源之间的距离不超过一个天线单元工作波长。
9.根据权利要求1所述的一种空管二次雷达天线，其特征在于，空管二次雷达天线还包括用于支撑控制天线的支撑杆，通过支撑杆使得控制天线下端高出发射天线上沿一段距离，且该距离不小于1m。
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