[发明专利]一种W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计方法，属于目标探测技术领域。

背景技术

W波段是毫米波频段的一个重要窗口，具有全天候和高分辨力的特点。其又具有本身的固有特点：波长短、宽频带以及与大气的相互作用。由于其波长短，使得W波段的设备具有体积小、重量轻、机动性好的优点，这些优点正是精确制导武器和各种飞行器所必须具备的，同时在同样口径天线下，波长短可以实现窄波束、低副瓣，这样就能提供极高的精度和良好的分辨力，还能提高低仰角下的探测精度和跟踪能力；宽频带可以降低多径效应和杂波影响，使得系统的抗干扰能力较强，同时对低径向速度目标可以得到更大的多普勒频移，从而提高对慢速目标的发现能力；与大气的相互作用使得W波段兼有微波与红外的部分传播优点。

单脉冲天线是在二战后出现而在五、六十年代迅速发展起来的一种精密跟踪天线。单脉冲体制是在圆锥扫描和顺序波束转换体制基础上发展起来的。随着航空航天、导弹技术的发展，传统的波束圆锥扫描和波束转换技术由于对回波幅度起伏敏感、跟踪误差大，已不能满足人们对探测精度、探测距离和抗干扰能力等越来越高的要求。而单脉冲天线是在单个脉冲上同时提供对角误差敏感所需的波束，同时比较各波束的输出，从而消除了回波幅度随时间变化的任何影响。目前比较常用的单脉冲天线有平面微带阵列天线和卡塞格伦天线，由于W波段频率高，微带损耗大，工作于此频段的模块都是基于波导端口。因此，在W波段平面微带阵列天线难于与系统集成、馈电损耗大，对探测器的重量和探测器的探测距离都会造成比较大的影响。

W波段单脉冲卡塞格伦天线由喇叭馈源、主反射面、副反射面、固定支架与和差网络组成。采用W波段标准波导进行馈电，馈电损耗小并且易于与系统进行集成；利用同时比较波瓣法，即单脉冲天线同时产生几个单极化波束，用几个独立的接收支路，同时接收这几个波束从目标反射的单个回波信号，然后将这些信号加以比较来获取目标的角误差信号。单脉冲定向法，可有效解决传统的圆锥扫描和顺序波束转换对回波幅度起伏敏感、跟踪误差大的缺点，并且天线工作于W波段，可获得更高的精度和分辨力。

发明内容

本发明为了克服传统圆锥扫描和顺序波束转换对回波幅度起伏敏感、跟踪误差大和W波段平面微带阵列天线馈电损耗大、难于与系统集成等缺点，提出了一种W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计方法。

该W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计方法，包括如下步骤：

步骤1.根据目标探测装置对增益的要求和探测装置的口径来确定卡塞格伦天线主反射面的直径；

步骤2.根据目标探测装置对天线整体体积和系统噪声的要求来确定卡塞格伦天线主反射面的焦径比；

步骤3.根据目标探测装置对天线副瓣和3dB波束宽度的要求来确定卡塞格伦天线副反射面的直径和方程；

步骤4.根据单脉冲探测体制和卡塞格伦天线副反射面确定馈源前端喇叭体的伸长量和喇叭张角；

步骤5.根据目标探测装置对馈源厚度和后端结构设计的要求确定卡塞格伦天线馈源后端拐弯波导体；

本发明采用分体结构实现卡塞格伦天线的馈源，分为馈源前端喇叭和后端拐弯波导两部分，这两部分采用螺钉连接实现结构和电气的互连。

步骤6.根据单脉冲体制和馈源设计和差网络：和差网络将来自卡塞格伦天线四个端口的信号形成和、方位差、俯仰差波束三路信号，并将它们馈入单脉冲接收机，实现距离以及角度跟踪。

本发明中和差网络由4个W波段波导多缝隙耦合器组成。

步骤7.将步骤1-步骤6设计好的四喇叭馈源、主反射面、副反射面、和差网络、副反射面支撑杆用螺钉连接，组装形成单脉冲卡塞格伦天线，其中主反射面与副反射面同心，利用主反射面背面的螺钉孔和定位孔设计工装，利用工装安装副反射面支撑杆，支撑杆装配完毕后依次安装馈源和副反射面，最后将和差网络与天线进行连接；

步骤8.在微波毫米波暗室中分别测量安装好的单脉冲卡塞格伦天线的和、方位差、俯仰差方向图和增益特性参数，确认各项指标满足目标探测装置的要求，完成W波段单脉冲卡塞格伦天线的设计。

本发明的有益效果：

（1）天线工作在W波段，频率高，波长短，可实现窄波束和低副瓣，能提供极高的精度和良好的分辨力。

（2）采用单脉冲体制，可以消除传统圆锥扫描和顺序波束转换对回波幅度起伏敏感、跟踪误差大的缺点；探测时不需要机械摆动。

（3）每个脉冲含有角度和距离信息，允许采用信号平均技术来改善系统性能；能更准确的得到目标特性参数。