無人飛機地面多波束電控掃描測控天線的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測控天線，具體來講是一種無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，屬于多波束天線陣技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)波束掃描天線，一般是通過反射面或者饋源在機械上的移動或轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。這種掃描形式存在兩個主要問題:首先，波束掃描的速度受到移動的機械慣性的限制，這將導致整個系統(tǒng)不能實現(xiàn)快速的空域掃描:其次，機械上的移動帶來的磨損將會大大降低整個系統(tǒng)的壽命。
[0003]與機械掃描天線相對應的是電掃描天線。最典型的電掃描天線就是相控陣天線。相控陣天線的掃描性能好、掃描角度范圍大、機動性強、抗干擾能力強并且能同時形成多波束。傳統(tǒng)的無源相控陣天線實現(xiàn)方式是以移相網(wǎng)絡和功率分配網(wǎng)絡為核心，并通過控制天線陣列的幾何形狀及天線口徑激勵信號的幅相分布控制波束的形狀及波束指向，因此無源相控陣天線有以下缺點:①設備龐大，不利于小型化集成化；②功率分配網(wǎng)絡及移相網(wǎng)絡的功率損失十分驚人；③由于實時性及波束形成算法復雜性要求，波束控制計算機必須采用高性能計算機，設備昂貴；④工作頻率升高時由于缺乏高效的移相器而限制了相控陣天線的應用。
[0004]雖然近年來國內(nèi)外許多學者致力于研宄基于T / R組件的有源相控陣，但高頻段缺乏有效的移相器等瓶頸問題仍沒有得到徹底解決，限制了相控陣天線在星載、機載以及車載等小型設備中的廣泛應用。另一種的設計波束掃描的方法是結(jié)合反射面天線和相控陣天線的優(yōu)點，在固定反射面和饋源的情況下實現(xiàn)電掃描的功能。主要應用于星載天線和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。但總的來說，目前電控波束掃描研宄的重點都傾向于大型相控陣天線或者波束形成器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，針對目前多目標無人機測控的技術(shù)空白，利用射頻開關(guān)對覆蓋低仰角區(qū)域天線陣的多波束和覆蓋過頂高仰角區(qū)域波束賦形的全向天線進行電控掃描，從而實現(xiàn)對多目標無人機全空間的跟蹤測控。
[0006]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案:提供一種無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，包括水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣、高仰角波束賦形的全向天線以及為波束控制連接的射頻開關(guān)陣列，
所述水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣水平面采用微帶饋電，設有了 26個波束，波束交叉點的天線增益為15?17dB，每個波束由4X4的陣列組成，天線的水平面3 dB波瓣寬度為16°，垂直面3 dB波瓣寬度為16° ;
所述高仰角波束賦形的全向天線采用波束賦形的垂直極化全向天線，最大福射方向上翹指向40°仰角，全向天線垂直面3 dB波瓣寬度為36°，全向天線垂直面OdB波瓣寬度為60。；
所述射頻開關(guān)陣列包括四個單刀八擲開關(guān)和一個單刀四擲開關(guān)，所述開關(guān)矩陣由5位TTL電平來控制，其中2位控制單刀四擲開關(guān)，3位控制單刀八擲開關(guān)。
[0007]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案為:前述的無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，所述水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣的波束分為上下兩層安裝，每層設有13個波束。
[0008]前述的無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，所述高仰角波束賦形的全向天線包括天線底板、天線下輻射體以及天線上輻射體，所述天線下輻射體為錐形空心腔體，錐形空心腔體的寬口端通過螺栓安裝在所述天線底板上，所述天線上輻射體為錐形體與圓柱體結(jié)合的空心腔體，所述天線上輻射體的錐形體尖端與所述天線下輻射體的尖端固定連接；且所述天線底板、天線下輻射體以及天線上輻射體的中心軸線重合。
[0009]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明針對目前多目標無人機測控的技術(shù)空白，提出利用電控多波束掃描天線系統(tǒng)，提供半空間波束整體覆蓋，對多目標無人機的進行跟蹤測控的技術(shù)方案。為節(jié)省成本，兼顧性能，降低系統(tǒng)復雜度，利用射頻開關(guān)對覆蓋低仰角區(qū)域天線陣的多波束和覆蓋過頂高仰角區(qū)域波束賦形的全向天線進行電控掃描，從而實現(xiàn)對多目標無人機全空間的跟蹤測控。
【附圖說明】
[0010]圖1是水平低仰角單波束天線陣結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是圖1的后視圖。
[0012]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0013]圖4是單波束天線的S11。
[0014]圖5是單波束4.6 GHz水平面仿真測試方向圖對比。
[0015]圖6是單波束4.6 GHz垂直面仿真測試方向圖對比。
[0016]圖7是水平低仰角天線多波束覆蓋方向圖。
[0017]圖8是水平低仰角多波束天線裝配圖。
[0018]圖9是水平低仰角多波束天線的俯視圖。
[0019]圖10是全向天線結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖11是全向天線Sll圖。
[0021]圖12是全向天線水平面方向圖。
[0022]圖13是全向天線垂直面方向圖。
[0023]圖14是開關(guān)矩陣原理框圖。
[0024]圖15是設備原理組成框圖。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
本實施例提供一種無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，結(jié)構(gòu)如圖8所示，該天線系統(tǒng)由三部分組成，其一為水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣1，實現(xiàn)無人機遠距離的測控；其二為高仰角波束賦形的全向天線2，實現(xiàn)無人機高仰角近距離的測控；其三為波束控制的射頻開關(guān)陣列，完成波束的選擇控制。
[0026]水平低仰角高增益定向天線陣:
本實施例采用微帶圓形貼片背腔天線作為輻射陣元，通過調(diào)整背腔的深度可以調(diào)節(jié)天線的帶寬；通過調(diào)節(jié)背腔的半徑等參數(shù)調(diào)節(jié)天線單元的增益。
[0027]為了滿足系統(tǒng)對天線增益的要求，每個波束由4X4的陣列組成，其結(jié)構(gòu)如圖1至3所示。采用微帶饋電，便于功分網(wǎng)絡與天線陣的一體化設計。單波束天線的Sll如圖2所示，Sll在4.3~4.9GHz頻段范圍內(nèi)小于-10 dB ;天線增益可以達到19.12 dB，并且由于天線的整體對稱性，縱軸和橫軸天線單元數(shù)目相同，所以每個波束水平面和垂直面的方向圖基本一致；天線的水平面3 dB波瓣寬度為16度，垂直面3 dB波瓣寬度為16度。為了實現(xiàn)遠距離測控，通過延長上部振元的饋電微帶長度，使其饋入的相位滯后，實現(xiàn)波束的最大輻射方向在垂直面上上翹5度，單波束天線的剖面方向圖如圖5和圖6所示。
[0028]為了實現(xiàn)水平方向遠距離的良好覆蓋，在水平面設計了 26個波束，波束交叉點的天線增益大約為16.5 dB，水平遠距離天線波束覆蓋如圖7所示。同時為了減小天線的水平尺寸，分2層對天線進行安裝，上下各13個波束，并且上下兩層波束交叉，以減小相鄰波束間的影響，其裝配圖如圖8和圖9所示。
[0029]高仰角波束賦形的全向天線:
為保證近距離測控，高仰角采用波束賦形的垂直極化全向天線，其最大輻射方向上翹，指向40度仰角，與水平多波束天線共同實現(xiàn)半空間的覆蓋。此全向天線括天線底板4、天線下輻射體5以及天線上輻射體6，結(jié)構(gòu)如圖10所示，天線下輻射體為錐形空心腔體，錐形空心腔體的寬口端通過螺栓安裝在所述天線底板上，天線上輻射體為錐形體與圓柱體結(jié)合的空心腔體，天線上輻射體的錐形體尖端與天線下輻射體的尖端固定連接；且天線底板、天線下輻射體以及天線上輻射體的中心軸線重合構(gòu)，天線簡單，易于加工。
[0030]全向天線最大增益6.71 dB，天線最大方向上翹，最大增益方向仰角50°，實現(xiàn)了天線輻射的低仰角要求。天線垂直面3 dB波瓣寬度為36度，天線垂直面OdB波瓣寬度達到60度，全向天線的方向圖如圖11-13所示。
[0031]射頻開關(guān)陣列:
整個開關(guān)矩陣由5位TTL電平來控制，其中2位控制單刀四擲開關(guān)，3位控制單刀八擲開關(guān)，另外還需要一個控制位來控制4個單刀八擲開關(guān)哪個處于可控狀態(tài)，這個功能可與單刀四擲開關(guān)的4路同步，即可由單刀四擲開關(guān)的2位控制位來控制，這樣可確保32路中只有I路處于導通狀態(tài)。其他路都處于完全截止狀態(tài)，這樣就確保各相鄰兩路之間的隔離度都一致。其原理框圖如圖14和15所示。
[0032]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，包括水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣、高仰角波束賦形的全向天線以及為波束控制連接的射頻開關(guān)陣列，其特征在于: 所述水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣水平面采用微帶饋電，設有了 26個波束，波束交叉點的天線增益為15?17dB，每個波束由4X4的陣列組成，天線的水平面3 dB波瓣寬度為16°，垂直面3 dB波瓣寬度為16° ; 所述高仰角波束賦形的全向天線采用波束賦形的垂直極化全向天線，最大福射方向上翹指向40°仰角，全向天線垂直面3 dB波瓣寬度為36°，全向天線垂直面OdB波瓣寬度為60。； 所述射頻開關(guān)陣列包括四個單刀八擲開關(guān)和一個單刀四擲開關(guān)，所述開關(guān)矩陣由5位TTL電平來控制，其中2位控制單刀四擲開關(guān)，3位控制單刀八擲開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，其特征在于:所述水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣的波束分為上下兩層安裝，每層設有13個波束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，其特征在于:所述高仰角波束賦形的全向天線包括天線底板、天線下輻射體以及天線上輻射體，所述天線下輻射體為錐形空心腔體，錐形空心腔體的寬口端通過螺栓安裝在所述天線底板上，所述天線上輻射體為錐形體與圓柱體結(jié)合的空心腔體，所述天線上輻射體的錐形體尖端與所述天線下輻射體的尖端固定連接；且所述天線底板、天線下輻射體以及天線上輻射體的中心軸線重合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無人飛機地面多波束電控掃描測控天線，包括水平低仰角電控多波束高增益定向天線陣、高仰角波束賦形的全向天線以及為波束控制連接的射頻開關(guān)陣列。本發(fā)明針對目前多目標無人機測控的技術(shù)空白，提出利用電控多波束掃描天線系統(tǒng)，提供半空間波束整體覆蓋，對多目標無人機的進行跟蹤測控的技術(shù)方案。為節(jié)省成本，兼顧性能，降低系統(tǒng)復雜度，利用射頻開關(guān)對覆蓋低仰角區(qū)域天線陣的多波束和覆蓋過頂高仰角區(qū)域波束賦形的全向天線進行電控掃描，從而實現(xiàn)對多目標無人機全空間的跟蹤測控。
【IPC分類】H01Q1-28, H01Q21-29, H01Q1-50
【公開號】CN104868255
【申請?zhí)枴緾N201510223709
【發(fā)明人】許鳴, 張穎松, 戴勇, 錢祖平, 夏炎, 項陽, 辛海洋, 張建國, 楊紅圖, 鄭澤宇, 蔡洋
【申請人】中國人民解放軍總參謀部第六十研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月5日