CN204391252U

CN204391252U - 宽频带通用型s频段单通道单脉冲自跟踪馈源

Info

Publication number: CN204391252U
Application number: CN201520079114.XU
Authority: CN
Inventors: 周厚成; 沈泉; 李元洲; 杨东; 谷锁林; 覃律; 吴小东; 刘兆明; 李娟�
Original assignee: UNIT 63636 OF PLA; CETC 39 Research Institute
Current assignee: UNIT 63636 OF PLA; CETC 39 Research Institute
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2025-02-04

Abstract

本实用新型是一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，用于焦径比为0.37～0.45的前馈抛物面天线。本实用新型的馈源包括辐射器、两层和差组合网络、3dB电桥和13dB双路耦合器。辐射器采用五单元阵列设计，各辐射单元采用扇形十字交叉振子。中心辐射单元连接一个3dB电桥，3dB电桥连接合成器。四个边缘辐射单元连接两层和差组合网络。和组合网络的输出端连接到合成器。差组合网络的输出端连接到13dB双路耦合器。合成器的输出端连接13dB双路耦合器。本实用新型实现了馈源宽频带应用，解决了五喇叭体制馈源的和差矛盾，提高了天线效率，减小了馈源的插入损耗，降低了天线噪声温度，提高了天线的品质因素。

Description

宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源

技术领域

本实用新型属于遥测技术领域，具体涉及一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源。

背景技术

遥测系统既是一个独立测量系统，又是测控网的重要组成部分，主要功能是在整个试验中发现和捕获目标，保持对目标连续不断地自动跟踪，保证以最大增益可靠地接收遥测信号。遥测天线一般采用单通道单脉冲体制，具有设备简单、操作方便、可靠性较高等优点，但天线的效率较低，合成的单通道也会损失一部分增益。天线效率低的原因是馈源一般采用五喇叭体制的辐射阵列，存在较为严重的和差矛盾，天线的和/差效率无法达到最佳。同时馈源网络的插入损耗较大，天线噪声温度较高，导致天线系统G/T值下降。

S波段单通道单脉冲自跟踪馈源技术在三十九所已有较长时间的研究，并成功应用于多个工程项目。这些项目均采用了五喇叭体制馈源，五喇叭体制固有的和差矛盾限制了天线和差效率的提高，不利于改善天线的品质因素。遥测系统的需求不同，工作频段也会不同，大多仅限于某一特定频率范围，如2.2～2.3GHz或2.3～2.5GHz，带宽较窄。工程实践中，不同设计人员对天线参数的选择不尽相同，相应的馈源设计存在很大的差异，天线设备的性能参差不齐。

发明内容

针对目前S波段单通道单脉冲自跟踪馈源技术中，采用五喇叭体制馈源限制了天线效率，以及工作带宽较窄的问题，本实用新型设计了一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，通过选择合适的和差波瓣宽度，应用于焦径比为0.37～0.45的前馈抛物面天线。

一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，包括辐射器、两层和差组合网络、3dB电桥和13dB双路耦合器。两层和差组合网络中，一层为俯仰和/差信号组合支路，一层为方位和/差信号组合支路。

其中，辐射器采用五单元阵列设计，中心辐射单元的四周均匀分布有四个边缘辐射单元；各辐射单元采用扇形十字交叉振子；五单元阵列的差单元间距D满足条件：1.1<D/λ₀<1.5，λ₀为信号波长。

所述的辐射单元，其技术特征为：振子半径为5λ₀/24，扇形夹角为84°，振子距反射盘的距离为1.1×λ₀/4，采用标准的3.6mm同轴线馈电。

所述的中心辐射单元连接一个3dB电桥，3dB电桥连接合成器。所述的四个边缘辐射单元连接两层和差组合网络。和组合网络的输出端连接到合成器。差组合网络的输出端连接到 13dB双路耦合器。合成器的输出端连接13dB双路耦合器。

与现有技术相比，本实用新型的馈源的优点和积极效果在于：

(1)本实用新型实现了馈源宽频带应用：辐射单元采用扇形十字交叉振子，实现了S频段(2.2～2.8GHz)单通道单脉冲馈源在不同0.85米以上口径、焦径比为0.37～0.45的前馈抛物面天线的应用，且这种设计也可以延伸到其它频段的自跟踪馈源设计中。

(2)本实用新型解决了五喇叭体制馈源的和差矛盾：在设计宽频带单元天线的基础上，可通过合理选择单元间距和多单元方向图合成，获得满足天线照射要求的馈源和差方向图，解决五喇叭体制天线的和差矛盾，提高天线效率。

(3)本实用新型采用低损耗网络设计，减小馈源的插入损耗，降低天线噪声温度，提高天线的品质因素(G/T值)。

附图说明

图1是本实用新型的馈源的原理结构示意图；

图2是本实用新型的辐射单元的五单元阵列的示意图；

图3是本实用新型中和差组合网络模型示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。

本实施例中应用在S频段遥测天线上，工作频带为2.2～2.8GHz，相对带宽达到24％，采用焦径比0.42的前馈抛物面天线。馈源辐射器采用五单元振子阵列，利用多单元合成技术，在选定最佳差单元间距后，通过对五个单元阵子进行幅度加权合成，使和差照射效率达到最佳，解决传统五喇叭体制馈源的和差矛盾。馈源网络采用了低损耗设计方法，各个核心部件如-3dB电桥、-13dB耦合器等，均采用低损耗的带状线耦合结构，配相连接线采用稳相低损耗的软介质电缆，有效的降低了馈源网络的插入损耗。

本实用新型的宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，如图1所示，包括五单元阵列设计的辐射器和馈源网络，馈源网络包括两层和差组合网络、3dB电桥和13dB双路耦合器。两层和差组合网络中，一层为俯仰和/差信号组合支路，一层为方位和/差信号组合支路。

辐射器采用五单元阵列设计，并对各辐射单元进行如下设计：为获得较宽的频率特性，辐射单元采用扇形十字交叉振子。具体地辐射单元的技术特征为：选取扇形十字交叉振子半径为5λ₀/24，扇形夹角为84°，振子距反射盘的距离为1.1×λ₀/4，采用标准的3.6mm同轴线馈电。设置的振子半径、扇形夹角和振子距反射盘的距离在规定范围内可有允许的误差。实测表明，经过调试的单元振子天线驻波比小于1.2的百分比带宽达到了25％以上。其中，λ₀为信号波长。

辐射器采用五单元阵列设计，如图2所示，中心辐射单元的四周均匀分布有4个边缘辐射单元。中间的辐射单元也称为和单元，上下左右四个辐射单元也称为差单元。上下两个辐射单元的间距、以及左右两个辐射单元的间距为差单元间距D。五单元阵列中的差单元间距D选取原则为：在满足交叉耦合要求的前提下，天线照射角内尽量不出现差副瓣照射。五单元阵列的差单元间距D不仅影响差方向图特性，而且影响单元间的互耦。据以往的研究和工程实践结果，本发明设置差单元间距D应满足下式：

1.1<D/λ₀<1.5

由于边缘四个差单元的影响，中心和振子的方向图变宽，等化变差。为改善和方向图特性，将边缘四个差振子产生的方位/俯仰和信号与中心振子的和信号按一定的比例加权合成，耦合加权的系数决定了合成和方向图的波束宽度，这样就可以获得满足天线照射要求的和方向图。

如图1所示，中心辐射单元连接一个3dB电桥，实现信号圆极化。中心辐射单元连接的3dB电桥的输出连接合成器。四个边缘辐射单元连接两层和差组合网络。对于每层和差组合网络，和组合网络的输出端连接到合成器，差组合网络的输出端连接到13dB双路耦合器。合成器的输出端连接13dB双路耦合器。信号分为左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)，同旋向的信号在电子器件中进行处理。

中心辐射单元连接的3dB电桥输出两个信号：中心辐射单元的左旋圆极化信号∑_cen ^LHCP，中心辐射单元的右旋圆极化信号∑_cen ^RHCP。四个边缘辐射单元，其俯仰和信号用∑EL表示，其俯仰差信号用ΔEL表示，其方位和信号用∑AZ表示，其方位差信号用ΔAZ表示。四个边缘辐射单元产生的方位/俯仰和信号和中心辐射单元的和信号经合成器得到信号∑_out ^LHCP和∑_out ^RHCP。四个边缘辐射单元产生的方位/俯仰差信号经0/π调制器后，与对应的∑_out ^LHCP或∑_out ^RHCP信号在13dB双路耦合器中进行光电转换，输出的信号经发阻滤波器后输出。发阻滤波器用于保证设备本身具有较好的电磁兼容性。

四个边缘辐射单元连接两层和差组合网络。如图3所示，为和差组合网络的模型示意图。每层和差组合网络实际上由四个3dB电桥组成，其中的两个电桥用于形成圆极化，另外两个电桥用于组合出由边缘辐射单元得到的差信号与和信号。将边缘辐射单元得到的和信号与中心辐射单元得到的和信号迭加形成和支路。

差支路组合网络的3dB电桥，采用带状线耦合结构。带状线耦合器具有宽频带(≤30％)，插入损耗较小(≤0.05dB)，结构紧凑，便于加工调试的优点。

和支路由边缘辐射单元同旋向的方位和/俯仰和信号与中心辐射单元的和信号按一定的比例进行加权合成，合成器为六端口的13dB耦合器。13dB耦合器采用空气带状线耦合结构，具有宽频带(≤30％)、插入损耗小(≤0.05dB)、隔离性能好(和差/差差≤-30dB)、电长度小(≤0.5λ)的优点。合成器为一个六端口部件，接口均为SMA-K。

为保证馈源免受潮湿、灰尘、霉菌的侵扰，对馈源结构进行整体密封处理。如图3所示，采用喇叭罩保护五单元阵列的馈源辐射器，馈源网络使用铝制围框进行防护，馈源后盖板上设置有两个射频N-50K电缆座，分别为天线的“左旋LHCP”和“右旋RHCP”端口，一个低噪放大器(LNA)和1KHz方波的控制线插座，馈源围框上预置与天线支撑机构连接的孔位。

使用本实用新型提供的馈源，安装前的准备工作如下：

检查抛物面天线的面精度，保证天线面精度符合天线指标要求；

检查安装位置，保证馈源安装与抛物面天线的焦点上，使馈源收到空间射频信号最大；

安装的天线需具备良好的驱动单元和角度编码单元，便于后续对馈源进行指标测试。

安装时，在抛物面天线面上安装四个支撑杆，支撑杆的底端安装在天线面的支撑架上，支撑杆顶端的金属环与馈源的外围相连，并将馈源固定于天线的焦点上。由于馈源的五单元阵列结构，在馈源安装时必须保证两个馈源单元水平放置，两个馈源单元竖直放置，由馈源两边预设的螺孔位置决定。按馈源标注的天线左右旋接口和电源控制接口连接相应线缆，为后续指标测试作准备。

安装后可进行后续测试工作，测试包括：(1)天线差方向图测试，获得天线的差斜率；(2)天线和方向图测试，获得天线的波束宽度和第一副瓣电平值；(3)天线增益测试；(4)天线等效噪温测试；(5)天线轴比测试；(6)系统品质因数G/T测试。

将本实用新型提供的馈源和现有普通的五喇叭体制馈源进行测试比较，测试设备标号211的采用普通馈源，测试设备标号2511的采用本实用新型所述的馈源。测试数据如下：

1)天线差斜率指标对比：两种5.2米天线遥测系统差斜率指标要求均为0.55/°，具体参数如表1。

表1两个测试设备的差斜率，指标为0.55/°

2)天线副瓣电平比对：如表2所示。

表2两个测试设备的副瓣电平

3)增益比对：如表3所示。

表3两个测试设备的3dB波束宽度

表3的测试数据如实反映了采用本新型馈源与普通馈源在波束宽度和天线增益两个指标上的测试情况，从结果看，本新型馈源可达到普通馈源的效果。

4)天线G/T比值对比：如表4和表5所示。

表4设备2511的天线G/T值

表5设备211的天线G/T值

本实用新型通过合理选择差单元间距和五单元合成和波束技术，使得和差方向图的效率基本上都达到了最优化，通过上面测试，体现在：差斜率有很大的提高，由211的0.56/°增加到0.95/°，原因就在于差效率增大，差方向图增益提高了3～4dB，和差方向图峰值有211的-7～-8dB变为-2.5～-4dB；和方向图改善主要体现在副瓣电平值由-18降低为-23dB。通过表4和表5，也可以看出，本实用新型低损耗技术的应用降低了馈源总的插入损耗，提高了天线的G/T值。

Claims

1.一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，用于焦径比为0.37～0.45的前馈抛物面天线，该馈源包括辐射器、两层和差组合网络、3dB电桥和13dB双路耦合器；两层和差组合网络中，一层为俯仰和/差信号组合支路，一层为方位和/差信号组合支路；其特征在于：所述的辐射器采用五单元阵列设计，中心辐射单元的四周均匀分布有四个边缘辐射单元；各辐射单元采用扇形十字交叉振子，五单元阵列的差单元间距D满足条件：1.1<D/λ₀<1.5，λ₀为信号波长。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，其特征在于：所述的辐射单元，其技术特征为：振子半径为5λ₀/24，扇形夹角为84°，振子距反射盘的距离为1.1×λ₀/4，采用标准的3.6mm同轴线馈电。

3.根据权利要求1所述的一种宽频带通用型S频段单通道单脉冲自跟踪馈源，其特征在于：所述的中心辐射单元连接一个3dB电桥，3dB电桥连接合成器；所述的四个边缘辐射单元连接两层和差组合网络；和组合网络的输出端连接到合成器；差组合网络的输出端连接到13dB双路耦合器；合成器的输出端连接13dB双路耦合器。