CN206619700U - 一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线 - Google Patents

Abstract

一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，可解决传统的无线频率压制系统采用全向天线，增益低，干扰距离短，极大的制约了无线频率压制系统的适用范围的技术问题。包括T/R组件、辐射单元、馈电网络和波控机，还包括移相器，所述辐射单元为单元天线。本实用新型具有多波束成形的特点，自动对全空域进行扫描，寻找目标信号并使天线的波束对准该信号最强的方向。

Description

一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线

技术领域

本实用新型涉及天线，具体涉及一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线。

背景技术

相控阵技术是控制阵列天线各单元的相位、幅度以形成空间波束并控制其扫描的技术。传统的无线频率压制系统采用全向天线，增益低，干扰距离短，极大的制约了无线频率压制系统的适用范围。定向天线虽然具有高增益的特点，但是不适用于非固定目标信号的发射和接收过程。

目前，对于二维相控阵天线的研究在全世界范围内都属于一个新兴的课题，在军用和民用领域的应用日趋广泛。相控阵天线为如何抵抗信号衰落、提高系统服务质量、扩大覆盖范围和提高系统容量等重要问题提供了有效的解决途径。相控阵天线能够通过改变阵列天线阵源的相位，把主瓣对准目标信号，形成特定的方向图，从而使得相控阵天线技术可以应用于多种场合。

相控阵技术早已受到各军事大国的广泛关注,欧美、日本、俄罗斯等国都投入了大量人力、财力开展相关研究。如美国海军宙斯盾系统SPY-1雷达、空军四代战机上的APG-77雷达、日本“金刚”级和“村雨”级导弹驱逐舰上的OPS-24雷达以及俄军战略导弹部队所使用的“伏尔加”型雷达等均为多功能相控阵体制。这些系统的共同特征是能够对多批次目标检测，同时进行精密测量跟踪。

多波束是指利用同一天线孔径同时形成多个独立的发射接收波束，波束指向扫描快速，波束形状灵活多变。多波束应用于通信系统，可空分多用户，便于实现“动中通”；在测控系统中，可以实现单站多星功能；应用于相控阵雷达，可以提高雷达搜索与跟踪数据率，利于实现宽发窄收和双/多基地雷达组网；应用于多通道SAR雷达，能够实现俯仰多波束大地测绘带成像以及方位多波束地面动目标检测等。多波束按实现方式可分为全维多波束和降维多波束。在阵元数不多情况下，对阵列各阵元的接收信号在射频、中频或基带采用多套对准不同方向的空域加权可实现全维多波束；当阵元数很大情况下，需要通过合并通道降低硬件复杂度，在子阵级上实现降维多波束。国外多波束系统，如Motorola公司的“铱星”卫星主天线由三个有源相控阵面组成，每个阵面上的超过100个贴表辐射器通过收发模块与二维交叉Bulter矩阵相连，波束形成器输出80个子波束，选取若干子波束通过迭代投影综合实现特定区域的波束赋形；美国GPS卫星底部安装多波束定向天线，这是由12个单元构成的成形波束螺旋天线阵，波束方向图地表覆盖很大；法国ONERA研制的综合脉冲孔径雷达SIAR(Synthetic Impulse Aperture Radar)雷达采用宽发窄收多波束可缩短搜索周期。在国内，西安电子科技大学的研究小组已完成16通道4波束输出的数字多波束天线，目前正在开展测控站单站多星降维多波束信号处理机的研制。

通过对国际和国内市场的分析，发现进口相控阵天线普遍存在价格过高，后期服务滞后及备件昂贵等问题；而国内市场虽然经过近几年的发展，出现了相控阵雷达天线的生产企业，但在系统参数、指标以及产业化水平方面与国际先进水平有一定差距，主要表现在：

(1)专业生产厂家少，生产能力不强，设计成本高，缺乏市场竞争力；

(2)专业研发设备和软件不够、生产型研发人才少；

(3)相控阵天线系统大都存在系统匹配性差、精度差、测量范围窄等缺陷。

而随着经济社会发展，不管是国家安全防卫还是社会治安维护等都要求我们深入研究相控阵天线技术，进一步提高天线的探测能力和水平，为维护社会治安和反恐斗争提供更有力的保障。

实用新型内容

本实用新型提出的一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，可解决传统的无线频率压制系统采用全向天线，增益低，干扰距离短，极大的制约了无线频率压制系统的适用范围的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，包括T/R组件、辐射单元、馈电网络和波控机，还包括移相器，所述辐射单元为单元天线，

其中，为了控制天线波束的指向并压低天线副瓣电平，馈电网络及波控机需要根据加权函数分别产生相应的激励电流以及移相码；

所述移相器根据波控机产生的移相码对激励电流相位移相，经T/R组件放大后送至阵列辐射单元，在空间实现波束合成并在特定方向上形成满足设计要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控机通过控制移相码来实现。

进一步的，所述辐射单元采用相控平面阵列天线，其水平波束在方位上以机械旋转方式扫描，其垂直波束在俯仰上则以电控方式扫描，即电扫或相扫。

进一步的，所述相控平面阵列天线为4×4的平面阵。

进一步的，还包括安装板，所述辐射单元、移相器及波控机，都安装在安装板上。

进一步的，还包括直流电源模块，所述直流电源模块设置在安装板上。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线主要包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据接收到的目标信号的信息，实时地控制天线阵列的接收和发射特性。本实用新型具有多波束成形的特点，自动对全空域进行扫描，寻找目标信号并使天线的波束对准该信号最强的方向。

本实用新型的无线频率压制系统采用二维相控阵天线，将灵活的波束控制和优良的功率管理能力有机结合在一起，其在方位上采用机械扫描方式而在俯仰上则采用相扫方式。即将相控阵天线阵面设置在由伺服系统驱动的方位旋转天线座上，改变天线阵面的左右指向，俯仰方向由移相器控制天线合成波束的指向，通过方位和俯仰角的二维控制实现对特定方向目标信号的压制，兼具相控阵天线与机械扫描天线的特定。由多个辐射单元排列而成的相控阵天线，各个单元的馈电幅相由计算机灵活控制从而形成波束捷变，能跟踪目标信号的位置变化，同时缩短反应时间，提高跟踪速度，因而可实现多目标搜索跟踪、远作用距离、自适应抗干扰、快速识别目标等功能。

本实用新型的有益效果：

1、二维相控阵天线替换传统压制系统所采用的定向天线，在相同工作距离的前提下，提高天线增益的同时降低了对前端有源功放的要求，功耗大大降低，延长了系统的待机时间；

2、与以机械方式控制波束方向的单目标跟踪天线相比,相控阵天线指向不是以纯机械的方式来控制，而是通过控制阵列天线中各个接收单元的相位以控制波束方向,得到所需的天线方向图和波束指向，使得波束在空域中按预定要求进行扫描，自主搜索发现目标；

3、采用时间分配技术,结合波束指向捷变能力,实现对电扫范围内多个目标的搜索与跟踪测量；

与同类产品相比，应用二维相控阵天线的无线频率压制系统具有更加有效的侦查截获能力，通过相控阵天线方位向与俯仰向的加权方式，实时跟踪目标信号的位置，不需要人为控制。可实现多目标搜索跟踪、远作用距离、自适应抗干扰、快速识别目标等功能。在军事侦查、反恐定位以及打击犯罪等方面能发挥不可替代的重要作用，是未来军事及公共安全领域无线频率压制技术的风向标，具有非常广阔的应用推广前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，包括T/R组件、辐射单元5、馈电网络和波控机3，还包括移相器2，所述辐射单元5为单元天线，其中，为了控制天线波束的指向并压低天线副瓣电平，馈电网络及波控机需要根据加权函数分别产生相应的激励电流以及移相码；所述移相器2根据波控机3产生的移相码对激励电流相位移相，经T/R组件放大后送至阵列辐射单元5，在空间实现波束合成并在特定方向上形成满足设计要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控机3通过控制移相码来实现。

所述辐射单元5采用相控平面阵列天线，其水平波束在方位上以机械旋转方式扫描，其垂直波束在俯仰上则以电控方式扫描，即电扫或相扫。本实施例通过控制移相器2对每个天线单元的信号电流相位进行移相，来控制波束在俯仰上的跳变，实现在俯仰上扫描。由多个辐射单元5排列而成的相控阵天线，各个单元的馈电幅相由计算机灵活控制从而形成波束捷变，能跟踪目标信号的位置变化，同时缩短反应时间，提高跟踪速度，因而可实现多目标搜索跟踪、远作用距离、自适应抗干扰、快速识别目标等功能。

所述相控平面阵列天线为4×4的平面阵。对于二维相控阵天线，由于在方位上使用的是机械扫描，因此其行馈一般多采用幅度加权、密度加权或幅度密度双加权方式进行副瓣抑制；而在俯仰上即列馈上多使用相位加权、幅度相位双加权或者密度相位双加权等方式来抑制副瓣电平。根据平面相控阵天线理论，可以将4×4平面相控阵看成一个列线阵，其天线方向图由每行线阵的等效方向图组合而成。每行线阵的馈电按照一定的加权方式进行低副瓣处理，列馈则通过控制各行之间的相位差，实现仰角上的电扫。

还包括安装板1，所述辐射单元5、移相器2及波控机3，都安装在安装板1上，相关设备都设置在安装板1上，组装或维修拆卸都比较方便。

还包括直流电源模块4，所述直流电源模块4设置在安装板1上。

本实施例的技术指标：

(1)工作频段

发射：2200MHz～2300MHz

接收：2025MHz～2120MHz；

(2)波束扫描覆盖范围：±45°

(3)天线增益：

发射：≥13dB

接收：≥12dB

(4)天线极化：

发射：左旋圆极化

接收：左旋圆极化

(5)天线尺寸：≤320mm×320mm(阵元规模：4行4列)

(6)扫描范围：方位机械扫描360o无限制，俯仰相控扫描0～90°

(7)跟踪方式：程序跟踪、自主跟踪

(8)跟踪精度：方位≤1°，俯仰≤1°

(9)角速度：≥60°/s

(10)角加速度：≥100°/s²

综上可知，为了控制天线波束的指向并压低天线副瓣电平，馈电网络及波控机3需要根据加权函数分别产生相应的激励电流以及移相码。移相器2根据波控机3产生的移相码对激励电流相位移相，经T/R组件放大后送至阵列单元辐射，在空间实现波束合成并在特定方向上形成满足设计要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控机3通过控制移相码来实现。

相控阵天线具有多波束成形的特点，多波束是指利用同一天线孔径同时形成多个独立的发射接收波束，波束指向扫描快速，波束形状灵活多变。据此可研制出可用于国保、反恐、技术侦查领域的无线频率压制系统相控阵天线。相控阵天线波束指向可在微秒到百微秒级进行捷变，使得搭载该天线的无线频率压制系统能够快速定位目标源，并压制目标信号。同时，在主控计算机的控制下，二维相控阵天线自动对全空域进行扫描，在X/Y维度寻找目标信号并使天线的波束对准该信号最强的方向，相控阵天线可以自适应的改变工作方式和工作参数，以适应外界环境的变化，因而具备多功能、多目标和高度自适应的能力，极大的提高无线频率压制系统的灵活性和适用范围。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，包括T/R组件、辐射单元(5)、馈电网络和波控机(3)，其特征在于：还包括移相器(2)，所述辐射单元(5)为单元天线，

其中，为了控制天线波束的指向并压低天线副瓣电平，馈电网络及波控机需要根据加权函数分别产生相应的激励电流以及移相码；

所述移相器(2)根据波控机(3)产生的移相码对激励电流相位移相，经T/R组件放大后送至阵列辐射单元(5)，在空间实现波束合成并形成低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控机(3)通过控制移相码来实现。

2.根据权利要求1所述的应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，其特征在于：所述辐射单元(5)采用相控平面阵列天线，其水平波束在方位上以机械旋转方式扫描，其垂直波束在俯仰上则以电控方式扫描，即电扫或相扫。

3.根据权利要求2所述的应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，其特征在于：所述相控平面阵列天线为4×4的平面阵。

4.根据权利要求3所述的应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，其特征在于：还包括安装板(1)，所述辐射单元(5)、移相器(2)及波控机(3)，都安装在安装板(1)上。

5.根据权利要求4所述的应用于无线频率压制系统的二维相控阵天线，其特征在于：还包括直流电源模块(4)，所述直流电源模块(4)设置在安装板(1)上。