[实用新型]用于高频海洋雷达的双频收发共杆天线系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及高频地波雷达技术领域，尤其涉及一种用于双频工作状态下的高频海洋雷达的双频正交环/单极子收发共杆天线。

背景技术

50年前已经开始使用高频地波雷达。为了增大探测距离，这种雷达一般采用几兆赫兹到十几兆赫兹的较低工作频率；为了提高探测目标方位的精度，通常采用相控阵天线，天线阵长一般达几百米甚至几千米。所有的岸基高频雷达都必须架设在海边，而海边要找到适合架设这种庞大天线阵的场地十分困难，加上维护成本高，从而限制了这种雷达的广泛应用。因此，如何简化高频海态雷达天线结构、减小天线尺度一直是人们广泛关心的技术难题。

美国专利US4172255为高频海洋雷达实用新型了一种交叉环/单极子天线及其相应的雷达数据处理方法，这种三单元天线系统结构紧凑，占地很少，架设和维护十分方便，特别适合各种探测距离的高频海态雷达。我们于2004年也研制了类似的“单极子/正交有源环天线”(专利号:ZL03254833.8)。这些交叉环/单极子天线有四根水平振子用作单极子的“地”，这使该天线复杂化。2010年我们研制了除掉四根水平地振子的“便携式高频探海雷达的紧凑接收天线”(专利号:ZL200920086180.4)。这种单极子/交叉环接收天线，加上单独使用的单极子发射天线，虽然比传统相控阵占地面积小了许多，但还可以更加简化。于是，我们将以前的单极子/正交环天线除掉了四根水平地鞭，变成偶极子/正交环天线，其中通过传输线变压器实现馈电电缆与偶极子之间的不平衡-平衡变换，并可承受雷达发射机的额定射频功率，获得雷达必须的工作带宽和驻波比。在收发开关控制下，这个一杆支起的天线系统成为雷达的收发一体化天线，给便携式雷达的实际应用带来方便。这就是2011年获得的专利“用于高频地波雷达的收发一体化天线”(专利号:ZL201020229647.9)。

然而，为了增强便携式高频地波雷达的功能，进一步改善其性能，提出了多频工作方式。例如，由于海水的“趋肤效应”，工作频率13MHz的雷达探测海面下水深2m左右的海流；由于海浪谱的“饱和效应”，能探测的最大有效浪高仅约为7m。而工作频率7MHz的雷达探测海面下水深3.5m左右的海流，能探测的最大有效浪高约为13.6m。显然，不同频率能够探测到海流随水深的变化。一般来说，雷达工作频率较高，探测数据的精度较高，但探测距离较近，能探测的最大浪高较小；频率较低，探测数据精度较低，但探测距离较远，能探测的最大浪高较大。另外，用于探测海面移动目标时，不同频率易于发现被一阶海洋回波淹没的目标回波。因此，采用多个频率工作的雷达，性能的改善是显而易见的。为了满足这种需求，我们获得实用新型专利“用于便携式高频地波雷达的双频发射单极子天线”(公开号：102904024A)。

几十年来，困扰这种紧凑的高频雷达天线的另一个问题是，为了保障测量得到海上目标方位精度，必须实地测量雷达接收天线的方向性图。其传统作法是在船上安装应答器天线，让船在围绕雷达站等距离的海面航行接收应答器发射信号，记录雷达回波信号强度随船体位置的变化，从而得到雷达接收天线的方向性图。这显然是一项十分麻烦的工作。

本实用新型将双频正交环接收天线和双频收发共用的单极子组合在一根支杆上，构成适用于高频海洋雷达的双频正交环/单极子收发共杆天线，进一步减小了天线场地，降低了雷达站建设成本；与此同时，利用水平正交环接收雷达回波信号的内在本质特征，第一次直接从正交环接收回波信号得到接收天线的理想方向性图，不仅免除了世界上通常实地测量接收天线方向性图的麻烦，提高了雷达实际探测能力，还大大降低了对雷达建站环境条件的要求。实用新型专利(公开号：203519823U)为该天线系统的双频收发共用单极子提供了收发开关，而实用新型专利(公开号：104659491A)为该天线系统接收回波信号处理提供了目标方位角估计方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于便携式高频海洋雷达的双频正交环/单极子收发共杆的紧凑天线系统，其中双频单极子作为发射天线时，两个频率的辐射方向性图主瓣都沿地面；双频正交环和单极子作为接收天线测定目标方向(DF)时，利用两个正交环接收雷达回波的内在本质特征直接得到接收天线的理想“8”字形方向性图，不需要在海上现场测量接收天线方向性图。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：