CN2051358U - 单天线多极化调频连续波雷达 - Google Patents

Abstract

一种单天线多极化调频连续波雷达，其特征是主 反射面(1)、次反射面(2)、极化馈源(3)、(4)共线配 置，主反射面(1)是抛物面，次反射面(2)的廓面是双 叶双曲面，用金属栅条制成，次反射面(2)的焦点与主 反射面(1)焦点重合，极化馈源(3)口径面布置在主反 射面(1)顶点与次反射面(2)之间，极化馈源(4)的相 位中心位于主反射面(1)的焦点上。

与现有技术比较，其优点是：能显著提高测量精 度和置信度，体积小、重量轻、造价低、机动性好。

Description

本发明涉及一种应用了调频波的发射并应用了接收信号或由其产生的信号与本机产生的和同时发射的信号有关的信号进行差拍给出的拍频信号，测定目标位置数据的雷达系统；且涉及到测量有关入射角、频率、极化的目标后向散射特性的雷达。

雷达依靠发射和接收电磁波从周围环境中获得信息，利用不同极化的调频连续波雷达能获得更为丰富的目标特征的信息，就线性极化而言，根据发射、接收电磁波的状态组合，有VV、HH、VH、HV四种组合状态。

常用的调频连续波雷达有：

单天线单极化调频连续波雷达，由收发天线、双工器、发射器、接收器构成，如美国专利US4210023提供的雷达，仅能提取目标的距离信息，其应用范围受到限制。

单天线双极化调频连续波雷达，采用机械转动的方式调整馈源或天线极化的方向，可获得VV、HH两种极化组合，存在的缺陷是：

ⅰ、惯性大，极化状态切换速度慢，只能达到秒级；

ⅱ、运动部件的定位精度和重复性会直接影响极化纯度和测量精度；

ⅲ、会增加对电磁波的遮挡，且增加馈线损耗。

双天线多极化调频连续波雷达，如1985年10月《应用科学学报》第3卷第4期提供的雷达，由双工器、发射器和接收器、收与发两个天线连同它们各自的极化旋转器构成。以轴线间距离最短，来达到待测目标上同时被收、发天线照射的区域最大，但难以做到两个天线的照射区域在所有作用距离内均互相重合，导致目标散射系数的测量误差增大，置信度降低，当照射距离近时尤其严重，同时还存在体积大、笨重、造价高等缺点。

本发明的任务在于提供一种能实现VV、HH、VH、HV等四种极化状态组合的单天线多极化调频连续波雷达，特别是在测量目标散射系数时具有较高的测量精度和置信度。

图面说明：

图1为单天线多极化调频连续波雷达的复合天线结构示意图。图中1－主反射面，2－次反射面，3－极化馈源，4－极化馈源，K1－极化切换开关，L－馈线，A、B－由极化馈源3发出经次反射面2和主反射面1反射的波束，A′、B′－由极化馈源4发出于次反射面2透射和主反射面1反射的波束。

图2为次反射面2结构的正视图。

图3为实现VV、HH极化组合的单天线多极化调频连续波雷达的结构示意图。图中Ⅰ－双工器，F－发射器，J－接收器，其余标记与图1相同。

图4为实现VV、HH、VH、HV极化组合的单天线多极化调频连续波雷达的结构示意图，图中Ⅱ－双工器，K2－极化切换开关，其余标记与图3相同。

以下结合附图说明详细叙述本发明的具体内容：

本发明的单天线多极化调频连续波雷达包括复合天线，极化切换装置，发射器及接收器。所采用的复合天线是单天线，由主反射面1、次反射面2、极化馈源3、极化馈源4以及馈线L组成，其中主反射面1、次反射面2、极化馈源3、极化馈源4共线配置。主反射面1是抛物面，次反射面2的廓面是双叶双曲面，由平行的金属栅条构成，其焦点与主反射面的焦点重合，极化馈源3口径面布置在主反射面1的顶点和次反射面2之间，极化馈源3的极化方向与次反射面2金属栅条平行，使电磁波呈全反射，极化馈源4的相位中心位于主反射面1的焦点上。极化馈源3和极化馈源4均带有馈线L，馈线L与极化切换装置的一个或多个极化切换开关连接。由极化馈源3发射的波束经次反射面2和主反射面1反射，其反射的波束以A、B表示；由极化馈源4发射的波束透过次反射面2的金属栅条经主反射面1反射，其反射波束以A′、B′表示。由于次反射面2的焦点与主反射面1的焦点重合和极化馈源4的相位中心位于主反射面1焦点上，使极化馈源4发射的波束到达天线口径面上时所经过的路程相等，从而保证了天线口径面为同相位面。同样，从极化馈源3相位中心发出的波束经次反射面2和主反射面1反射到达天线口径面所经过的路程相等，亦在天线口径面形成同相位面。

如图2所示，由相互平行的金属栅条构成的次反射面2，其廓面是双叶双曲面，安装时栅条方向必须与极化馈源3的极化方向一致。次反射面2也可由用金属镀复的非金属材料的栅条制成。

以下结合实施例进一步说明单天线多极化调频连续波雷达的结构和工作原理。

实施例1：

一种实现VV、HH极化组合的单天线多极化调频连续波雷达，示于图3。其复合天线如图1所示；极化切换装置由极化切换开关K1和双工器I组成，极化切换开关K1的三个端口分别与极化馈源3、极化馈源4及双工器Ⅰ的一个端口连接，双工器Ⅰ的另两个端口分别与发射器F和接收器J连接。当实现HH极化工作状态时，由发射器F发出的电磁波经双工器Ⅰ和极化切换开关K1送至极化馈源4，由极化馈源4发出的极化波束透过次反射面2的金属栅条，再由主反射面1反射后辐射出去，回波信号按上述逆向过程，由双工器Ⅰ送至接收器J；当实现VV极化工作状态时，由发射器F发出的电磁波经过双工器Ⅰ和极化切换开关K1送至极化馈源3，由极化馈源3发出的极化波束经次反射面2和主反射面1反射后辐射出去，回波信号按上述逆向过程由双工器Ⅰ送至接收器J。

实施例2：

一种实现VV、HH、VH、HV极化组合的单天线多极化调频连续波雷达，示于图4，采用如图1所示的复合天线，极化切换装置由极化切换开关K1、K2和双工器Ⅰ、Ⅱ构成，其中双工器Ⅰ的三个端口分别与极化切换开关K1、K2的第一端口和极化馈源4连接，双工器Ⅱ的三个端口分别与极化切换开关K1、K2的第二端口和极化馈源3连接，极化切换开关K1的第三端口与发射器F连接，极化切换开关K2的第三端口与接收器J连接。由发射器F、极化切换开关K1、双工器I、馈线L及极化馈源4构成H极化的发射通道，由发射器F、极化切换开关K1、双工器Ⅱ、极化馈源3构成Ⅴ极化发射通道；由极化馈源4、馈线L、双工器Ⅰ、极化切换开关K2及接收器J构成H极化接收通道，由极化馈源3、双工器Ⅱ、极化切换开关K2及接收器J构成V极化接收通道。当雷达工作在HH极化状态时，电磁波经H极化的发射通道发射出去，而回波信号由H极化接收通道接收。当雷达工作在VV极化状态时，电磁波经V极化的发射通道发射出去，而回波信号由V极化的接收通道接收；当雷达工作在VH极化状态时，电磁波经H极化的发射通道发射出去，回波信号由V极化的接收通道接收；当雷达工作在HV极化状态时，电磁波经V极化的发射通道发射出去，回波信号由H极化的接收通道接收。

本发明的雷达各构成零件可以采用等效零件加以替换，但这种替换仍属于本发明的范围。

同现有技术比较，本发明具有下列优点：

1、仅使用单个复合天线便可实现VV、HH、VH、HV四种极化工作状态，且当极化状态切换时，构成天线的任何部件无须作机械运动；

2、可应用电气／电子极化切换开关，使切换速度从秒级提高到毫秒级；

3、各种极化收、发波束轴向重合，收与发的公共照射区面积充份大，显著提高了测量精度和置信度；如雷达天线架设高度为7m，天线直径为410mm，天线波束为5.5°，入射角为15°时，本复合天线的公共照射区面积是双天线最大公共照射区面积的3.4倍，若双天线要达到与复合天线相同的照射面积，则前者高度必须是后者的 倍；

4、由于照射区域重合程度不受目标距离影响，因而能克服了现有技术在近距离时收、发天线照射区域重合程度差而导致测量精度低及置信度不高的缺点；

5、复合天线与双天线的体积比为 1/2 ～ 2/3 ，重量比为 1/2 ～ 2/3 ，且造价低，机动性好。

Claims (5)

1、单天线多极化调频连续波雷达，包括复合天线，极化切换装置，发射器，接收器，其特征在于：所述的复合天线是单天线，由主反射面1、次反射面2、极化馈源3、极化馈源4及馈线L构成，其中主反射面1、次反射面2、极化馈源3、极化馈源4共线配置，极化馈源3和极化馈源4均带有馈线L，馈线L与极化切换装置的一个或多个极化切换开关连接，主反射面1是抛物面，次反射面的廓面是双叶双曲面，由平行的金属栅条构成，其焦点与主反射面1的焦点重合，极化馈源3的极化方向与构成次反射面的金属栅条平行，极化馈源4的相位中心位于主反射面1的焦点上；极化切换装置由极化切换开关、双工器和馈线L组成，且分别同复合天线、发射器F、接收器J连接。

2、根据权利要求1的雷达，其特征在于：所述的构成次反射面2的金属栅条可采用表层镀复金属的非金属材料制成。

3、根据权利要求1的雷达，其特征在于：所述的极化切换装置由极化切换开关K1和双工器Ⅰ组成，极化切换开关K1的三个端口分别与极化馈源3、极化馈源4及双工器Ⅰ连接，双工器I的另两个端口分别与发射器F和接收器J连接。

4、根据权利要求1的雷达，其特征在于：所述的极化切换装置由极化切换开关K1、极化切换开关K2、双工器Ⅰ、双工器Ⅱ组成，其中双工器Ⅰ的三个端口分别与极化切换开关K1、K2的第一端口和极化馈源4连接，双工器Ⅱ的三个端口分别与极化切换开关K1、K2的第二端口和极化馈源3连接，极化切换开关K1的第三端口与发射器F连接，极化切换开关K2的第三端口与接收器J连接。

5、根据权利要求3和4的雷达，其特征在于：所述的极化切换开关K1、K2可采用电气／电子极化切换开关。

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