用于hf/vhf雷達的微型接收天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于雷達技術領域，尤其涉及一種用于接收海面、水面散射回波和目 標回波，以及低空目標回波的HF/VHF雷達的微型水平正交環(huán)天線。
【背景技術】
[0002] 采用垂直極化方式的高頻雷達可以實現(xiàn)對海洋表面環(huán)境的全天候、大面積、超視 距、實時監(jiān)測，已廣泛應用于海洋表面風、浪、流等動力學參數(shù)的反演，以及海面低空飛行目 標或船只的探測。參數(shù)反演和目標探測的精度在很大程度上依賴所采用的雷達接收天線陣 列的口徑和方向圖的準確性。
[0003]目前探測海洋的高頻雷達主要采用的天線陣列有兩種：一種是傳統(tǒng)的相控天線 陣，其特點是天線口徑大、波束窄，從而角度分辨率高，但也存在占地面積大、成本高、難以 維護、機動性差的缺點；另一種是以單極子/交叉環(huán)天線為代表的小型化天線陣，它由一 個單極子和兩個共相位中心的正交環(huán)天線組成，通過比幅的方式來判斷來波方位角，其特 點是體積小、易于架設和維護，成本低，缺點是波束寬，角度分辨能力差，但是越來越多的研 究表明，單極子/交叉環(huán)天線在海面動力學參數(shù)反演方面具有和相控天線陣近似的性能， 在目標探測方面的潛能也日益受到重視，因此小型化天線逐漸成為高頻探海雷達的一大趨 勢。目前，采用單極子/交叉環(huán)天線的高頻雷達系統(tǒng)主要以美國Codar公司生產(chǎn)的SeaSonde 系統(tǒng)和武漢大學研制的0SMAR-S系統(tǒng)為代表，這兩套系統(tǒng)均已成功業(yè)務化運行，并得到了 業(yè)界的廣泛認可。
[0004] 對于單極子/交叉環(huán)天線而言，目標的方位信息主要體現(xiàn)在不同通道的幅度差異 上，其中單極子感應垂直極化回波中的電場分量，理想方向圖呈現(xiàn)各向同性的圓；兩個正交 環(huán)感應到的均為磁場分量，理想方向圖呈現(xiàn)對稱的"8"字形；環(huán)天線接收信號幅度以單極 子上的幅度做參考，從而抵消來自不同距離、方位的電磁波衰減的不一致。由于感應的電磁 場分量不一樣，環(huán)境因素（例如金屬欄桿、山體、房屋、地勢起伏等）對單極子和兩個環(huán)天線 的影響也各不一樣，因此造成了天線方向圖的畸變。當天線的實際方向圖發(fā)生畸變時，如果 仍然用理想方向圖去估算方位，則會產(chǎn)生估計偏差，畸變越大，偏差也越大。為了保證方位 估計的準確性，每次架設完天線后都需要重新實地測試天線的方向圖。
[0005] 天線方向圖的測試方法大體分為兩種：一種是借助輔助信號源的測試，另一種是 通過軟件算法去估計。美國Codar公司公布了一種采用船載應答器測量遠場天線方向圖 的方法[1]，接收機通道接收到應答器在不同的方位上發(fā)射的模擬目標信號，并根據(jù)應答 器上記錄的GPS坐標，來計算天線的方向圖。申請?zhí)枮?00710051207. 1中國發(fā)明專利申 請，名稱為《高頻線性調(diào)頻雷達方向圖測量方法》公開了利用單頻信號發(fā)生器代替應答器 來測量天線方向圖的方法。這兩種通過設置人工信源來測試天線方向圖的方法均存在耗 時長，成本高，操作不便等缺點，且每當環(huán)境發(fā)生變化時需要重新測試，工作量大。申請?zhí)?為201410104866. 7中國發(fā)明專利申請，名稱為《一種利用AIS信息進行高頻雷達天線通 道校正的方法》公布了一種借助船舶輔助信息來測量天線方向圖的方法，利用海面船舶的 距離、速度、航向、位置等信息來計算雷達接收通道在不同方位的幅度響應，從而計算出天 線的方向圖，但是該方法的有效性受船舶的數(shù)量、方位分布影響較大，在對湖泊、海灣、江河 入?？诘刃枰玫缴醺哳l雷達進行近程探測的場合，船只分布少，尤其不適用。申請?zhí)枮?201210200076.X的中國專利，名稱為《高頻地波雷達相對天線方向圖自動估計方法》給出了 一種通過軟件遞推算法估計天線方向圖的方法，其有效性和可靠性尚需進一步驗證。
[0006] 綜上所述，小型化天線在高頻/甚高頻雷達中的應用日益增多，但是天線方向特 性受環(huán)境影響的問題卻亟待解決，一旦方向圖發(fā)生畸變，將對目標方位估計產(chǎn)生惡劣的影 響，必須花費更大的代價去測試天線的實際方向圖，這是一項耗時、耗力、量大的重復性工 作。如何從源頭上解決天線方向圖受環(huán)境影響的問題已是迫在眉睫。
[0007] 參考文獻：
[0008] [1]C0DAROceanSensors,Ltd. ,User'sGuidefor:SeaSondeRadialSite AntennaPatternMeasurement, 2003〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有天線中存在的問題，本實用新型提供一種用于HF/VHF雷達的微型接收 天線，以消除環(huán)境對天線方向性的影響，實現(xiàn)不需要實測天線方向圖也能對方位進行準確 估計的目的。
[0010] 本實用新型的技術方案如下：
[0011] 一種用于HF/VHF雷達的微型接收天線，包括天線主體、防水盒、支撐桿、第一電纜 和第二電纜；所述的天線主體位于防水盒中，通過第一電纜和第二電纜將天線主體與雷達 接收機相連，所述的防水盒通過支撐桿固定在地面上，所述的第一電纜和第二電纜位于支 撐桿內(nèi)。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由兩個正交擺放的第一環(huán)天線和第二環(huán)天線組成。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由十字擺放的第一環(huán)天線和第二環(huán)天線組成；所述的 第一環(huán)天線和第二環(huán)天線均由兩根繞制線圈的磁棒組成；所述的磁棒豎直放置；兩根線圈 之間接入電容進行串聯(lián)諧振；第一環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第一放大器后經(jīng)第一電纜接 入接收機第一通道；第二環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第二放大器后經(jīng)第二電纜接入接收機 第二通道。
[0014] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由方形擺放的第一環(huán)天線和第二環(huán)天線組成；所述的 第一環(huán)天線和第二環(huán)天線由兩根繞制線圈的磁棒組成；第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的兩根磁 棒平行放置組成方形；第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的兩根線圈之間接入電容進行串聯(lián)諧振； 第一環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第一放大器后經(jīng)第一電纜接入接收機第一通道；第二環(huán)天 線串聯(lián)后諧振輸出通過第二放大器后經(jīng)第二電纜接入接收機第二通道。
[0015] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由三個三維正交的環(huán)天線組成。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和中環(huán)天線兩兩十字擺放 構成；所述的第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和中環(huán)天線均由兩根繞制線圈的磁棒組成；所述的 磁棒豎直放置；兩根線圈之間接入電容進行串聯(lián)諧振；第一環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第 一放大器后經(jīng)第一電纜接入接收機第一通道；第二環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第二放大器 后經(jīng)第二電纜接入接收機第二通道，中環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第三放大器后經(jīng)第三電 纜接入接收機第三通道；所述的第三電纜位于支撐桿內(nèi)。
[0017] 作為優(yōu)選，所述的天線主體由方形擺放的第一環(huán)天線和第二環(huán)天線和垂直貫穿于 該方形平面中心點的中環(huán)天線組成；所述的第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和中環(huán)天線由兩根繞 制線圈的磁棒組成；第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的兩根磁棒平行放置組成方形；所述的中環(huán) 天線的磁棒豎直放置；第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的兩根線圈之間接入電容進行串聯(lián)諧振； 第一環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出通過第一放大器后經(jīng)第一電纜接入接收機第一通道；第二環(huán)天 線串聯(lián)后諧振輸出通過第二放大器后經(jīng)第二電纜接入接收機第二通道；所述的第三電纜位 于支撐桿內(nèi)。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果：
[0019] 1、本實用新型的天線及相應的方位角估計技術，對架設環(huán)境沒有太大限制，只要 探測范圍沒有巨型遮擋物造成回波較大衰減即可，一般的金屬欄桿、矮小房屋、樹木、小型 石頭等對方位的估計皆沒有影響。
[0020] 2、本實用新型的天線及相應的方位角估計技術，適合在任何環(huán)境下使用，不需要 另外單獨現(xiàn)場測試其方向圖，全部按理想方向圖處理即可，不會影響方位估計的準確性。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型實施例的天線外觀示意圖；
[0022] 圖2-1是防水盒中十字擺放的天線主體俯視圖；
[0023] 圖2-2是十字擺放的天線主體第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的繞線方式示意圖；
[0024] 圖3-1是防水盒中方形擺放的天線主體俯視圖；
[0025] 圖3-2是方形擺放的天線主體第一環(huán)天線和第二環(huán)天線的繞線方式示意圖；
[0026] 圖4是本實用新型二維正交環(huán)天線的結構示意圖；
[0027] 圖5是本實用新型二維正交環(huán)天線的理想方向圖；
[0028] 圖6是現(xiàn)有單極子/交叉環(huán)天線的實測方向圖；
[0029] 圖7是本實用新型實施例的二維正交環(huán)天線的實測方向圖；
[0030] 圖8是十字方式擺放的三維正交環(huán)天線示意圖；
[0031] 圖9是方形方式擺放的三維正交環(huán)天線示意圖；
[0032] 圖10是本實用新型實施例的三維正交環(huán)天線的結構示意圖；
[0033] 圖中，1-防水盒，2-支撐桿，3-第一電纜，4-第二電纜，5-地面，6-第一環(huán)天線， 7_第二環(huán)天線，8-電容，9-磁棒，10-線圈，11-第一環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出，12-第二環(huán)天 線串聯(lián)后諧振輸出，13-第一放大器，14-第二放大器，15-接收機第一通道，16-接收機第二 通道，17-接收機，18-中環(huán)天線，19-中環(huán)天線串聯(lián)后諧振輸出，20-第三放大器，21-第三 電纜，22-接收機第三通道。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖和實施例詳細說明：
[0035] 圖1所示為本實用新型實施例外觀示意圖，一種用于HF/VHF雷達的微型接收天 線，包括天線主體、防水盒1、支撐桿2、第一電纜3和第二電纜4 ;所述的天線主體位于防水 盒1中，通過第一電纜3和第二電纜4將天線主體與雷達接收機相連，所述的防水盒1通過 支撐桿2固定在地面5上，所述的第一電纜3和第二電纜4位于支撐桿2內(nèi)。
[0036] 天線主體位于防水盒1中，其底部的兩個電纜插座為天線的兩路輸出，通過第一 電纜3和第二電纜4可將天線與雷達接收機相連。天線在實際工作過程中通過支撐桿2 固定在地面5上，支撐桿2可選用金屬材質(zhì)或其他堅硬、抗臺風、腐蝕的絕緣材質(zhì)，如玻璃 鋼管；支撐桿2的高度沒有太大限制，只要保證天線回波能量不被遮擋削弱即可，如一般取 3-4m〇
[0037] (一）二維正交環(huán)天線的構造
[0038] 天線主體由兩個正交擺放的第一環(huán)天線6和第二環(huán)天線7組成，第一環(huán)天線6和 第二環(huán)天線7的擺放方式共有兩種：十字擺放和方形擺放，其俯視圖分別如圖2-1和3-1所 不。
[0039] 十字擺放：所述的天線主體由十字擺放的第一環(huán)天線6和第二環(huán)天線7組成；如 圖2-2,所述的第一環(huán)天線6和第二環(huán)天線7均由兩根繞制線圈1