本實(shí)用新型涉及天線，具體涉及一種應(yīng)用于無線頻率壓制系統(tǒng)的二維相控陣天線。
背景技術(shù)：
相控陣技術(shù)是控制陣列天線各單元的相位、幅度以形成空間波束并控制其掃描的技術(shù)。傳統(tǒng)的無線頻率壓制系統(tǒng)采用全向天線，增益低，干擾距離短，極大的制約了無線頻率壓制系統(tǒng)的適用范圍。定向天線雖然具有高增益的特點(diǎn)，但是不適用于非固定目標(biāo)信號的發(fā)射和接收過程。
目前，對于二維相控陣天線的研究在全世界范圍內(nèi)都屬于一個新興的課題，在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。相控陣天線為如何抵抗信號衰落、提高系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量、擴(kuò)大覆蓋范圍和提高系統(tǒng)容量等重要問題提供了有效的解決途徑。相控陣天線能夠通過改變陣列天線陣源的相位，把主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)信號，形成特定的方向圖，從而使得相控陣天線技術(shù)可以應(yīng)用于多種場合。
相控陣技術(shù)早已受到各軍事大國的廣泛關(guān)注,歐美、日本、俄羅斯等國都投入了大量人力、財力開展相關(guān)研究。如美國海軍宙斯盾系統(tǒng)SPY-1雷達(dá)、空軍四代戰(zhàn)機(jī)上的APG-77雷達(dá)、日本“金剛”級和“村雨”級導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上的OPS-24雷達(dá)以及俄軍戰(zhàn)略導(dǎo)彈部隊所使用的“伏爾加”型雷達(dá)等均為多功能相控陣體制。這些系統(tǒng)的共同特征是能夠?qū)Χ嗯文繕?biāo)檢測，同時進(jìn)行精密測量跟蹤。
多波束是指利用同一天線孔徑同時形成多個獨(dú)立的發(fā)射接收波束，波束指向掃描快速，波束形狀靈活多變。多波束應(yīng)用于通信系統(tǒng)，可空分多用戶，便于實(shí)現(xiàn)“動中通”；在測控系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)單站多星功能；應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)，可以提高雷達(dá)搜索與跟蹤數(shù)據(jù)率，利于實(shí)現(xiàn)寬發(fā)窄收和雙/多基地雷達(dá)組網(wǎng)；應(yīng)用于多通道SAR雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰多波束大地測繪帶成像以及方位多波束地面動目標(biāo)檢測等。多波束按實(shí)現(xiàn)方式可分為全維多波束和降維多波束。在陣元數(shù)不多情況下，對陣列各陣元的接收信號在射頻、中頻或基帶采用多套對準(zhǔn)不同方向的空域加權(quán)可實(shí)現(xiàn)全維多波束；當(dāng)陣元數(shù)很大情況下，需要通過合并通道降低硬件復(fù)雜度，在子陣級上實(shí)現(xiàn)降維多波束。國外多波束系統(tǒng)，如Motorola公司的“銥星”衛(wèi)星主天線由三個有源相控陣面組成，每個陣面上的超過100個貼表輻射器通過收發(fā)模塊與二維交叉Bulter矩陣相連，波束形成器輸出80個子波束，選取若干子波束通過迭代投影綜合實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的波束賦形；美國GPS衛(wèi)星底部安裝多波束定向天線，這是由12個單元構(gòu)成的成形波束螺旋天線陣，波束方向圖地表覆蓋很大；法國ONERA研制的綜合脈沖孔徑雷達(dá)SIAR(Synthetic Impulse Aperture Radar)雷達(dá)采用寬發(fā)窄收多波束可縮短搜索周期。在國內(nèi)，西安電子科技大學(xué)的研究小組已完成16通道4波束輸出的數(shù)字多波束天線，目前正在開展測控站單站多星降維多波束信號處理機(jī)的研制。
通過對國際和國內(nèi)市場的分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口相控陣天線普遍存在價格過高，后期服務(wù)滯后及備件昂貴等問題；而國內(nèi)市場雖然經(jīng)過近幾年的發(fā)展，出現(xiàn)了相控陣?yán)走_(dá)天線的生產(chǎn)企業(yè)，但在系統(tǒng)參數(shù)、指標(biāo)以及產(chǎn)業(yè)化水平方面與國際先進(jìn)水平有一定差距，主要表現(xiàn)在：
(1)專業(yè)生產(chǎn)廠家少，生產(chǎn)能力不強(qiáng)，設(shè)計成本高，缺乏市場競爭力；
(2)專業(yè)研發(fā)設(shè)備和軟件不夠、生產(chǎn)型研發(fā)人才少；
(3)相控陣天線系統(tǒng)大都存在系統(tǒng)匹配性差、精度差、測量范圍窄等缺陷。
而隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，不管是國家安全防衛(wèi)還是社會治安維護(hù)等都要求我們深入研究相控陣天線技術(shù)，進(jìn)一步提高天線的探測能力和水平，為維護(hù)社會治安和反恐斗爭提供更有力的保障。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型提出的一種應(yīng)用于無線頻率壓制系統(tǒng)的二維相控陣天線，可解決傳統(tǒng)的無線頻率壓制系統(tǒng)采用全向天線，增益低，干擾距離短，極大的制約了無線頻率壓制系統(tǒng)的適用范圍的技術(shù)問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：
一種應(yīng)用于無線頻率壓制系統(tǒng)的二維相控陣天線，包括T/R組件、輻射單元、饋電網(wǎng)絡(luò)和波控機(jī)，還包括移相器，所述輻射單元為單元天線，
其中，為了控制天線波束的指向并壓低天線副瓣電平，饋電網(wǎng)絡(luò)及波控機(jī)需要根據(jù)加權(quán)函數(shù)分別產(chǎn)生相應(yīng)的激勵電流以及移相碼；
所述移相器根據(jù)波控機(jī)產(chǎn)生的移相碼對激勵電流相位移相，經(jīng)T/R組件放大后送至陣列輻射單元，在空間實(shí)現(xiàn)波束合成并在特定方向上形成滿足設(shè)計要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控機(jī)通過控制移相碼來實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)一步的，所述輻射單元采用相控平面陣列天線，其水平波束在方位上以機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式掃描，其垂直波束在俯仰上則以電控方式掃描，即電掃或相掃。
進(jìn)一步的，所述相控平面陣列天線為4×4的平面陣。
進(jìn)一步的，還包括安裝板，所述輻射單元、移相器及波控機(jī)，都安裝在安裝板上。
進(jìn)一步的，還包括直流電源模塊，所述直流電源模塊設(shè)置在安裝板上。
由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的一種應(yīng)用于無線頻率壓制系統(tǒng)的二維相控陣天線主要包括射頻天線陣列部分和信號處理部分，其中信號處理部分根據(jù)接收到的目標(biāo)信號的信息，實(shí)時地控制天線陣列的接收和發(fā)射特性。本實(shí)用新型具有多波束成形的特點(diǎn)，自動對全空域進(jìn)行掃描，尋找目標(biāo)信號并使天線的波束對準(zhǔn)該信號最強(qiáng)的方向。
本實(shí)用新型的無線頻率壓制系統(tǒng)采用二維相控陣天線，將靈活的波束控制和優(yōu)良的功率管理能力有機(jī)結(jié)合在一起，其在方位上采用機(jī)械掃描方式而在俯仰上則采用相掃方式。即將相控陣天線陣面設(shè)置在由伺服系統(tǒng)驅(qū)動的方位旋轉(zhuǎn)天線座上，改變天線陣面的左右指向，俯仰方向由移相器控制天線合成波束的指向，通過方位和俯仰角的二維控制實(shí)現(xiàn)對特定方向目標(biāo)信號的壓制，兼具相控陣天線與機(jī)械掃描天線的特定。由多個輻射單元排列而成的相控陣天線，各個單元的饋電幅相由計算機(jī)靈活控制從而形成波束捷變，能跟蹤目標(biāo)信號的位置變化，同時縮短反應(yīng)時間，提高跟蹤速度，因而可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)搜索跟蹤、遠(yuǎn)作用距離、自適應(yīng)抗干擾、快速識別目標(biāo)等功能。
本實(shí)用新型的有益效果：
1、二維相控陣天線替換傳統(tǒng)壓制系統(tǒng)所采用的定向天線，在相同工作距離的前提下，提高天線增益的同時降低了對前端有源功放的要求，功耗大大降低，延長了系統(tǒng)的待機(jī)時間；
2、與以機(jī)械方式控制波束方向的單目標(biāo)跟蹤天線相比,相控陣天線指向不是以純機(jī)械的方式來控制，而是通過控制陣列天線中各個接收單元的相位以控制波束方向,得到所需的天線方向圖和波束指向，使得波束在空域中按預(yù)定要求進(jìn)行掃描，自主搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；
3、采用時間分配技術(shù),結(jié)合波束指向捷變能力,實(shí)現(xiàn)對電掃范圍內(nèi)多個目標(biāo)的搜索與跟蹤測量；
與同類產(chǎn)品相比，應(yīng)用二維相控陣天線的無線頻率壓制系統(tǒng)具有更加有效的偵查截獲能力，通過相控陣天線方位向與俯仰向的加權(quán)方式，實(shí)時跟蹤目標(biāo)信號的位置，不需要人為控制?？蓪?shí)現(xiàn)多目標(biāo)搜索跟蹤、遠(yuǎn)作用距離、自適應(yīng)抗干擾、快速識別目標(biāo)等功能。在軍事偵查、反恐定位以及打擊犯罪等方面能發(fā)揮不可替代的重要作用，是未來軍事及公共安全領(lǐng)域無線頻率壓制技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)，具有非常廣闊的應(yīng)用推廣前景。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明：
一種應(yīng)用于無線頻率壓制系統(tǒng)的二維相控陣天線，包括T/R組件、輻射單元5、饋電網(wǎng)絡(luò)和波控機(jī)3，還包括移相器2，所述輻射單元5為單元天線，其中，為了控制天線波束的指向并壓低天線副瓣電平，饋電網(wǎng)絡(luò)及波控機(jī)需要根據(jù)加權(quán)函數(shù)分別產(chǎn)生相應(yīng)的激勵電流以及移相碼；所述移相器2根據(jù)波控機(jī)3產(chǎn)生的移相碼對激勵電流相位移相，經(jīng)T/R組件放大后送至陣列輻射單元5，在空間實(shí)現(xiàn)波束合成并在特定方向上形成滿足設(shè)計要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控機(jī)3通過控制移相碼來實(shí)現(xiàn)。
所述輻射單元5采用相控平面陣列天線，其水平波束在方位上以機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式掃描，其垂直波束在俯仰上則以電控方式掃描，即電掃或相掃。本實(shí)施例通過控制移相器2對每個天線單元的信號電流相位進(jìn)行移相，來控制波束在俯仰上的跳變，實(shí)現(xiàn)在俯仰上掃描。由多個輻射單元5排列而成的相控陣天線，各個單元的饋電幅相由計算機(jī)靈活控制從而形成波束捷變，能跟蹤目標(biāo)信號的位置變化，同時縮短反應(yīng)時間，提高跟蹤速度，因而可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)搜索跟蹤、遠(yuǎn)作用距離、自適應(yīng)抗干擾、快速識別目標(biāo)等功能。
所述相控平面陣列天線為4×4的平面陣。對于二維相控陣天線，由于在方位上使用的是機(jī)械掃描，因此其行饋一般多采用幅度加權(quán)、密度加權(quán)或幅度密度雙加權(quán)方式進(jìn)行副瓣抑制；而在俯仰上即列饋上多使用相位加權(quán)、幅度相位雙加權(quán)或者密度相位雙加權(quán)等方式來抑制副瓣電平。根據(jù)平面相控陣天線理論，可以將4×4平面相控陣看成一個列線陣，其天線方向圖由每行線陣的等效方向圖組合而成。每行線陣的饋電按照一定的加權(quán)方式進(jìn)行低副瓣處理，列饋則通過控制各行之間的相位差，實(shí)現(xiàn)仰角上的電掃。
還包括安裝板1，所述輻射單元5、移相器2及波控機(jī)3，都安裝在安裝板1上，相關(guān)設(shè)備都設(shè)置在安裝板1上，組裝或維修拆卸都比較方便。
還包括直流電源模塊4，所述直流電源模塊4設(shè)置在安裝板1上。
本實(shí)施例的技術(shù)指標(biāo)：
(1)工作頻段
發(fā)射：2200MHz～2300MHz
接收：2025MHz～2120MHz；
(2)波束掃描覆蓋范圍：±45°
(3)天線增益：
發(fā)射：≥13dB
接收：≥12dB
(4)天線極化：
發(fā)射：左旋圓極化
接收：左旋圓極化
(5)天線尺寸：≤320mm×320mm(陣元規(guī)模：4行4列)
(6)掃描范圍：方位機(jī)械掃描360o無限制，俯仰相控掃描0～90°
(7)跟蹤方式：程序跟蹤、自主跟蹤
(8)跟蹤精度：方位≤1°，俯仰≤1°
(9)角速度：≥60°/s
(10)角加速度：≥100°/s2
綜上可知，為了控制天線波束的指向并壓低天線副瓣電平，饋電網(wǎng)絡(luò)及波控機(jī)3需要根據(jù)加權(quán)函數(shù)分別產(chǎn)生相應(yīng)的激勵電流以及移相碼。移相器2根據(jù)波控機(jī)3產(chǎn)生的移相碼對激勵電流相位移相，經(jīng)T/R組件放大后送至陣列單元輻射，在空間實(shí)現(xiàn)波束合成并在特定方向上形成滿足設(shè)計要求的低副瓣波束，其中波束指向的控制主要由波控機(jī)3通過控制移相碼來實(shí)現(xiàn)。
相控陣天線具有多波束成形的特點(diǎn)，多波束是指利用同一天線孔徑同時形成多個獨(dú)立的發(fā)射接收波束，波束指向掃描快速，波束形狀靈活多變。據(jù)此可研制出可用于國保、反恐、技術(shù)偵查領(lǐng)域的無線頻率壓制系統(tǒng)相控陣天線。相控陣天線波束指向可在微秒到百微秒級進(jìn)行捷變，使得搭載該天線的無線頻率壓制系統(tǒng)能夠快速定位目標(biāo)源，并壓制目標(biāo)信號。同時，在主控計算機(jī)的控制下，二維相控陣天線自動對全空域進(jìn)行掃描，在X/Y維度尋找目標(biāo)信號并使天線的波束對準(zhǔn)該信號最強(qiáng)的方向，相控陣天線可以自適應(yīng)的改變工作方式和工作參數(shù)，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化，因而具備多功能、多目標(biāo)和高度自適應(yīng)的能力，極大的提高無線頻率壓制系統(tǒng)的靈活性和適用范圍。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。