Ku波段低副瓣单脉冲阵列天线设计

发布时间：2020-04-12 06:37

【摘要】：单脉冲天线是一种同时多波束天线,其只需要一个回波脉冲就可以获得目标全部的位置信息。单脉冲天线的性能在很大程度上决定了单脉冲雷达测角的精度和定位的准确性。波导缝隙天线具有结构紧凑、低剖面、加工方便、成本低、增益高和便于波束赋形等优点,常被用作单脉冲阵列天线的阵列单元。本文针对实际工程,在国家自然科学基金委员会中国科学院天文联合基金(U1631115)资助下,设计了一款Ku频段的单脉冲平面阵列天线,研制了单脉冲平面阵列天线中的核心部件,即高效率、低副瓣波导缝隙直线阵列;设计了和差网络并进行了仿真分析,具体研究内容如下:1)设计了单脉冲平面阵列天线的总体结构,该平面阵列天线由4根完全相同的波导缝隙直线阵列及和差网络构成,每根直线阵列由46个交替分布在波导宽边轴线两侧的波导宽边纵向缝隙组成;和差网络由波导魔T和波导功率分配器组成。2)为了获得高效率、低副瓣的阵列天线特性,利用天线综合理论中的泰勒分布综合法得到了46单元直线阵列中每个阵列单元的归一化电流,从而计算出了每个阵列单元的导纳值,并利用阵列天线方向图乘积定理和有限元法分别计算出了直线阵列的辐射方向图。3)在阵列单元之间存在互耦的情况下,为了精确进行缝隙设计,采用短路法计算了缝隙的谐振长度,并在短路法计算结果的基础上,通过负载法更加精确地计算出了不同偏置距离和谐振长度的缝隙的导纳值,从而插值设计出了直线阵列中每个缝隙的几何尺寸。4)设计了由波导魔T和波导功率分配器组成的和差网络,先设置魔T和功率分配器的几何结构及其初始值,然后以散射参数为优化目标优化得到了最佳的几何参数。5)利用单根直线阵列的测试结果得到了单脉冲平面阵列天线方位面的方向图等性能参数,同时利用和差网络的仿真结果计算出了平面阵列天线俯仰面的方向图等性能参数,从而完成了整个平面阵列天线的设计。
【图文】：

示意图,跟踪目标,转换波,示意图

当目标开始发生移动时，脉冲幅度不再相等，根据脉冲幅度差确定天离目标的程度，然后天线由控制系统控制朝目标运动的同时继续向目标发瓣，来实现对目标的持续跟踪。图 1-1 是交替转换法跟踪目标示意图，当天线正对目标时，两个波瓣收到瓣幅度大小是一样的，如图 1-1(a)所示。一旦当目标偏离了瞄准线，波瓣波瓣 B 将与目标产生不同的角度差，此时他们接收到的回波脉冲幅度大小，根据幅度的不同判断目标偏离轴线的方向和程度，过程如图 1-1(b)所示天线波束绕瞄准线旋转一周形成一个圆锥，，这是圆锥扫描法名称的由来。-2 是圆锥扫描法跟踪目标示意图[3]，雷达天线辐射一个波束，波束轴线与线之间存在一个角度差，这种方法仍然是根据回波幅度的大小来判断目置的，当目标正对瞄准线时，此时天线收到回波信号等幅。当目标偏离瞄时，这时天线接收到的回波信号幅度不等。在幅度上，回波脉冲收到扫描的调制，从而可以判断出目标偏离瞄准线的方向和程度。波束必须绕瞄准转一周是这种方法的最大缺点，影响了定位追踪目标的速度。

示意图,圆锥扫描,跟踪目标,示意图

图 1-2 圆锥扫描法跟踪目标示意图单脉冲法是后来被广泛应用的一种定位方法，在很大程度上改善了单支路定位法和圆锥扫描法的弊端[4]。单脉冲天线自己本身可以同时产生多个波束，所以单脉冲天线只需要一个回波信号来对目标进行定位，由于其自身可以产生多个波束，并且结合自身独立的接收支路，一个回波信号可以被分解成多个回波信号来确定目标的位置[5]。在一个脉冲周期内，接收到的信号通过和差网络被分成和波束与差波束，和波束用来定位目标，差波束用来追踪目标。单脉冲天线不需要连续发射多个脉冲，从而降低了幅度因素和相位因素对定位的影响。单脉冲天线跟踪的精度高，抗干扰能力强，因此得到了迅速的发展和广泛地应用。以前对单脉冲天线的研究和应用侧重于反射面天线。随着高功率固态源以及移相器等器件的发展，提高了阵列天线的性能，降低了制造成本，制作单脉冲天线更多地采用阵列天线方案[6-7]。本天线应用于雷达系统，对于雷达系统来说，对天线的增益、副瓣（旁瓣）
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】