第十三章 单脉冲天线.pdf

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1、291<<天线原理与设计>>讲稿第十三章单脉冲天线一、引言单脉冲又称同时多波束。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。因为波束圆锥扫描和波束转换技术对回波幅度起伏是很敏感的，跟踪误差大。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，因此消除了回波幅度随时间变化的任何影响。这种技术最初称为同时多波束，后来采用单脉冲这个术语。指的是在单独一个脉冲上得到完整的角误差信号。“单脉冲天线”已成为这种跟踪天线的通用名词了。单脉冲雷达体制系统，主要用于高速目标的跟踪定位。如飞机、导弹、火箭、人造

2、卫星的跟踪。单脉冲雷达系统中的天线称为单脉冲天线。单脉冲雷达天线要求产生一个主瓣的和波束，以及具有两个(或四个)主瓣的差波束，如下图13-1所示。差波束的两个峰值之间的最小值称为“零值”。和波束的作用是探测目标的距离(r)并进行距离跟踪；差波束的作用是探测目标的方位角和俯仰角信息(ϕ,θ)并进行角跟踪。一个目标的距离信息r和角信息ϕ,θ已知，则目标的空间位置就确定了。如果目标正好在和波束最大值方向，则差波束接收到的信号很弱(为零值)；当目标移动时，则差波束接收到的信号由弱变强，则可利用差信号来驱动伺服机构，使天线在俯仰或方位上转动，始

3、终使差波束的零值方向对准目标，从而实现跟踪。图13-1单脉冲天线方向图二、单脉冲天线组成在雷达应用中，单脉冲天线可采用阵列天线，也可采用反射面和单脉冲馈源组成。如果是后者，则馈源一般采用多个(4个)叭或者单口多模喇叭。形成差波束的关键是使用了比较器(和差器)。291292<<天线原理与设计>>讲稿三、单脉冲分类根据比较回波信号的幅度和相位，单脉冲分为幅度单脉冲、相位单脉冲和幅相单脉冲，它们的主要区别在于天线。无论是幅度还是相位单脉冲，为了确定目标在某一平面的角度(方位、俯仰)，都要求同时产生两个形状相同的波束。这里只讨论幅度单脉冲(比

4、幅)。四、工作原理为了说明问题，先考虑一个平面(俯仰面)内单脉冲技术的工作原理。当一个横向偏焦的喇叭，置于抛物面焦点附近时天线将产生一个偏离天线轴的波瓣，其波束偏移角θ正比于偏焦距离Hx。为了获得两个对称于天线轴，并s有相同偏移角θ的波瓣，可用两个对称于天线轴的横向偏焦喇叭来完成，如图s13-2所示。图13-2幅度比较单脉冲若探测到一个目标，来自A方向，这时两波束收到的回波信号相位相同，但幅度不等。两信号相减形成的差信号是目标方向的函数。这个差信号的大小，表示了目标偏离天线轴向角度的大小，差信号的正负，则表示目标偏向哪一边。由差信号驱

5、动电机使天线转动而对准目标，则差信号为0。从而实现了跟踪。为了进行原理分析，设比幅单脉冲天线的馈源是由四个喇叭和比较电路构成的。假如上图为俯仰面的话，另两个喇叭就构成方位面。四喇叭馈源及比较器电路如图13-3所示。图中，1，2，3，4表示四个喇叭组成的馈源。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ表示四个波导魔T，如图13-4所示，并以E、E、E、E分别表示1234四个喇叭接收到的回波信号幅度。E表示和信号，E表示方位差信∑Hα号，E表示俯仰差信号。Hβ292293<<天线原理与设计>>讲稿根据魔T的工作特性，有：和信号：EEEEE=+++(13.1)∑123

6、4方位差信号：EE=+−+()EEE()(13.2)Hα1324俯仰差信号：EE=+−+()EEE()(13.3)Hβ1234还有一路差信号()EEEE−−−()为交差信号无用，该差支路信1324号接匹配负载吸收。图13-3幅度比较单脉冲天线的馈源和比较器图13-4魔T注：魔T（双T）的工作特性：■结构如图13-5所示。293294<<天线原理与设计>>讲稿■工作特性接收时：当同频信号E、E由1口和2口输入时，3口输出为两信号的和值12EE+。所以3臂称为和臂；4臂输出两信号的差值EE−，所以称为1212差臂。发射时：信号由3臂输入E

7、，则1、2两臂输出等幅同相信号EEE==2。此3123时4臂隔离，无输出。即有“对臂隔离邻臂分”之特性。图13-5魔T结构图由于馈源的每个喇叭收到的信号大小与目标的距离和方向有关。因此，它们形成的和信号称为和方向图，差信号称为差方向图。包括方位差和俯仰差方向图。和差波束的作用前面都提到了。即：差波束产生差信号，实现目标的跟踪；和波束在发射时照射目标，接收时提供目标的距离信息。并给差信号提供相位参考。单脉冲天线的分析，主要有两种方法：次级波束加减法口径场法•次级波束加减法：是把馈源分离成几个单独的馈源，例如把四喇叭馈源看作四个馈源，每个

8、喇叭各自产生偏轴的次级波束，然后把比较器的作用归结为对次级波束的直接相加和相减，从而得到单脉冲天线的和波束和两个差波束。此法的优点是直观，对天线的工作原理来说物理概念明确。•口径场法：是将馈源和比较器视为一个整体。把接收