[发明专利]一种短波小型圆形接收天线阵

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及高频地波雷达接收天线阵。

背景技术

高频地波雷达是一种可以进行连续大面积海洋环境监测的重要探测设备，主要探测海洋表面风、浪、流、潮等海洋动力学参数和海面低空低速移动目标，对国民经济和国防建设有十分重要的意义。为了获得较窄的天线主瓣宽度，即为了获得较高的角度分辨率，接收天线阵的口径往往很大，阵列长度达到几十米甚至上千米，因此需要占用很大的“黄金海岸”面积，极大地增加了建设难度和建设成本，严重阻碍了高频地波雷达的推广和应用。

发明内容

针对传统高频地波雷达天线口径大的问题，本发明提出一种短波小型圆形接收天线阵，该天线阵可以在保证一定信噪比的情况下获得与传统大口径天线阵相同的方向性系数和主瓣宽度，生成所需的方向图，并很容易实现360°全向扫描。

本发明的技术方案为一种短波小型圆形接收天线阵，包括一个圆形小间距单极子天线阵、匹配网络、雷达射频接收通道、加权产生器、互耦校正器和加权器；

圆形小间距单极子天线阵包括多个单极子天线，各单极子天线均匀排列在圆周上，圆形小间距单极子天线阵的半径小于或等于雷达工作波长的四分之一；

每个单极子天线的输出端连接相应匹配网络的输入端，每个匹配网络的输出端经相应的雷达射频接收通道分别输入加权器；

加权产生器所产生的权值输出到互耦校正器；互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，校正加权产生器所产生的权值并输入加权器，加权器根据由互耦校正器输入的校正后权值和相应雷达射频接收通道的输入对各个单极子天线进行加权，形成特定的方向图，支持360°全向扫描。

而且，匹配网络为五阶宽带匹配网络。

而且，单极子天线数目和圆形小间距单极子天线阵的半径根据预设的所要形成的方向图的特点确定；所述方向图的特点包括主瓣方向、主瓣宽度和旁瓣电平抑制值。

而且，加权产生器按照单极子天线数目、圆形小间距单极子天线阵的半径和所要形成的方向图的特点，利用旁瓣约束下的最大化方向性系数法来计算各天线单元的加权值，计算过程包括以下子步骤，

步骤1，输入参数，包括单极子天线数目N、圆形小间距单极子天线阵的半径r、工作频率f₀、主瓣方向和旁瓣约束条件其中，θ_s和分别表示俯仰角和方位角，旁瓣约束条件表示第i个旁瓣所要约束的幅值；

步骤2，根据阵元数N、圆阵半径r、工作频率f₀和主瓣方向用最大化方向性系数法求出一组权值w_D；

步骤3，将权值w_D作为阵列的加权向量计算方向图；

步骤4，判断步骤3中方向图的旁瓣电平是否都小于或等于方向图特点中的旁瓣电平抑制值是则将该组权值输出，结束流程，否则进入步骤5；

步骤5，找出未满足要求的旁瓣的位置并添加旁瓣约束条件；

步骤6，在当前的旁瓣约束条件下用最大化方向性系数法求出权值，求出新的w_D，返回步骤3进行计算，直到旁瓣电平都满足要求，输出当前的权值w_D。

而且，互耦校正器根据各单极子天线之间的互耦情况形成校正数据，实现方式为用S参数生成阵列的互阻抗矩阵，用互阻抗矩阵作为校正数据对加权产生器所产生的权值进行校正；所述S参数是在天线和匹配网络连接之前采用双端口网络分析仪直接在实际工作环境中测量得到。

本发明的有益效果是，在保证一定信噪比和角度分辨率的前提下，大大减小了占地面积，实现了便携式高频地波雷达天线阵，可以有效地探测海洋表面动力学参数。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的匹配网络结构示意图。

图3是本发明实施例的8元圆阵主瓣指向15°时阵元加权示意图。

图4是本发明实施例的8元圆阵逆时针轮换加权后主瓣指向60°时阵元加权示意图。

图5是本发明实施例的旁瓣电平约束下最大化方向性系数综合法计算流程图。

图6是本发明实施例的用网络分析仪测量两天线间S参数示意图。

图7是本发明实施例的频率10MHz时8元半径2.5m圆阵主瓣指向90°的方向图。

图8是本发明实施例的频率10MHz时8元半径2.5m圆阵旁瓣抑制值为10dB、主瓣指向90°的方向图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。