[发明专利]全空域覆盖高增益圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于飞行器目标跟踪与测控领域，特别涉及一种需要在水平方向具有最大增益的、可覆盖整个上半空间的地面圆极化发射天线。

背景技术

在进行飞行器目标的跟踪与测控时，地面测控站发射天线的增益主要由作用距离、飞行高度和目标角度决定。对于固定飞行高度，天线在最低仰角处的增益由最大作用距离决定，而天线在最低仰角以上的增益则与仰角呈余割平方关系。由此可知，为了达到全空域覆盖，要求天线波束宽度极宽，且在方位面上为全向，即需要天线具有一种低仰角增益高、高仰角增益低的近似“马鞍形”的方向图。

现阶段常见的余割平方天线一般采用偏馈赋形波束反射面天线，但是赋形波束反射面天线只能在俯仰面形成余割平方波束，方位面仍是窄波束，要达到多目标同时跟踪与测控，则需要多付反射面，且在方位面进行机械扫描。如此，则天线的体积、重量、成本、复杂度都大大增加。

若采用环形天线，即由若干辐射单元沿周向均布，可以实现仰角0°最大辐射，但是增益很低，一般在0dB以下，这就需要很大的发射功率才能实现较远的作用距离，而大功率放大器在体积、重量、功耗、散热、安全性等方面都存在问题；同时，环形天线仰角90°为深的零陷，形成了一个深锥形的盲区，无法达到全空域覆盖。

若采用一个宽波束天线作为发射天线，将大大降低系统的复杂程度。现阶段常见的宽波束天线形式有赋形阵子天线、带赋形反射底板的微带天线或花瓣天线等等。但是这几种天线的最大增益方向都在仰角90°(轴向)，仰角0°附近区域增益不能满足使用要求。

虽然锥螺旋和谐振式四臂螺旋天线可以比较方便的实现“马鞍形”的方向图，但是由于其辐射机理和结构的限制决定了这两种天线的最大辐射方向只能达到仰角10°以上，而无法达到仰角0°，不能满足全空域目标跟踪与测控的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：天线宽波束问题(覆盖全空域)；高的低仰角增益问题；大功率发射问题。

本发明的技术解决方案为：全空域覆盖高增益圆极化天线，包括赋形球面反射面、绝缘支撑杆和四臂螺旋天线，赋形球面反射面通过绝缘支撑杆安装在四臂螺旋天线前方；所述四臂螺旋天线为宽波束谐振式天线，包括螺旋臂、短路支撑柱、金属底板、射频插座、馈电网络盒体、介质套和馈电网络印制板；其中，螺旋臂为四根相同的直径恒定、升角恒定的两圈单绕螺旋线，螺旋臂长度为2λ；四根螺旋臂在方位面呈90°分布，绕短路支撑柱两周；螺旋臂的短路端焊接于短路支撑柱的侧面，底端穿过介质套后通过金属底板焊接于馈电网络印制板的焊盘处；所述馈电网络印制板安装于馈电网络盒体中，馈电网络盒体固定于金属底板背面；射频插座安装于馈电网络盒体侧面，其中心馈针搭焊于馈电网络印制板相应的印制线上。

所述赋形球面反射面为球冠形状。

所述馈电网络印制板包括3个功分器、1个180°移相器和2个90°移相器。

所述馈电网络印制板上下各有设定厚度的空气层。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)由于本发明采用宽波束的谐振式四臂螺旋天线作为辐射器，并通过增加赋形球面反射面，进一步展宽天线波束宽度，提高低仰角增益，使天线的最大增益指向仰角0°附近，随着仰角的上升，增益逐步下降，最终实现了一种近似“马鞍形”的辐射方向图，其最高增益方向接近水平方向，仰角0°增益达到4.5dB左右，远远高于普通宽波束天线，大大降低了功率放大器的输出功率要求，完全符合目标跟踪与测控的实际使用要求。

(2)由于本发明采用的宽波束四臂螺旋天线波束范围极宽，只用一个单波束天线就可以解决全空域覆盖的问题，无需进行波束扫描、波束切换，就可以同时对多个不同方向的目标发射测控信号。

(3)本发明采用4点馈电形式实现圆极化辐射，具有优良的低仰角起伏和宽角度圆极化轴比特性。

(4)本发明采用功率容量大的悬置微带线形式设计4点馈电网络，解决了天线大功率发射问题。

附图说明

图1为天线整体结构示意图；

图2为天线沿轴线的轴向截面图；

图3为馈电网络印制板与螺旋臂的连接示意图；

图4为本天线实现的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，为本发明的全空域覆盖高增益圆极化天线，包括赋形球面反射面1、绝缘支撑杆2和四臂螺旋天线，赋形球面反射面1通过绝缘支撑杆2安装在四臂螺旋天线前方。