用于hf/vhf雷达的微型接收天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于雷达技术领域，尤其涉及一种用于接收海面、水面散射回波和目 标回波，以及低空目标回波的HF/VHF雷达的微型水平正交环天线。
【背景技术】
[0002] 采用垂直极化方式的高频雷达可以实现对海洋表面环境的全天候、大面积、超视 距、实时监测，已广泛应用于海洋表面风、浪、流等动力学参数的反演，以及海面低空飞行目 标或船只的探测。参数反演和目标探测的精度在很大程度上依赖所采用的雷达接收天线阵 列的口径和方向图的准确性。
[0003]目前探测海洋的高频雷达主要采用的天线阵列有两种：一种是传统的相控天线 阵，其特点是天线口径大、波束窄，从而角度分辨率高，但也存在占地面积大、成本高、难以 维护、机动性差的缺点；另一种是以单极子/交叉环天线为代表的小型化天线阵，它由一 个单极子和两个共相位中心的正交环天线组成，通过比幅的方式来判断来波方位角，其特 点是体积小、易于架设和维护，成本低，缺点是波束宽，角度分辨能力差，但是越来越多的研 究表明，单极子/交叉环天线在海面动力学参数反演方面具有和相控天线阵近似的性能， 在目标探测方面的潜能也日益受到重视，因此小型化天线逐渐成为高频探海雷达的一大趋 势。目前，采用单极子/交叉环天线的高频雷达系统主要以美国Codar公司生产的SeaSonde 系统和武汉大学研制的0SMAR-S系统为代表，这两套系统均已成功业务化运行，并得到了 业界的广泛认可。
[0004] 对于单极子/交叉环天线而言，目标的方位信息主要体现在不同通道的幅度差异 上，其中单极子感应垂直极化回波中的电场分量，理想方向图呈现各向同性的圆；两个正交 环感应到的均为磁场分量，理想方向图呈现对称的"8"字形；环天线接收信号幅度以单极 子上的幅度做参考，从而抵消来自不同距离、方位的电磁波衰减的不一致。由于感应的电磁 场分量不一样，环境因素（例如金属栏杆、山体、房屋、地势起伏等）对单极子和两个环天线 的影响也各不一样，因此造成了天线方向图的畸变。当天线的实际方向图发生畸变时，如果 仍然用理想方向图去估算方位，则会产生估计偏差，畸变越大，偏差也越大。为了保证方位 估计的准确性，每次架设完天线后都需要重新实地测试天线的方向图。
[0005] 天线方向图的测试方法大体分为两种：一种是借助辅助信号源的测试，另一种是 通过软件算法去估计。美国Codar公司公布了一种采用船载应答器测量远场天线方向图 的方法[1]，接收机通道接收到应答器在不同的方位上发射的模拟目标信号，并根据应答 器上记录的GPS坐标，来计算天线的方向图。申请号为200710051207. 1中国发明专利申 请，名称为《高频线性调频雷达方向图测量方法》公开了利用单频信号发生器代替应答器 来测量天线方向图的方法。这两种通过设置人工信源来测试天线方向图的方法均存在耗 时长，成本高，操作不便等缺点，且每当环境发生变化时需要重新测试，工作量大。申请号 为201410104866. 7中国发明专利申请，名称为《一种利用AIS信息进行高频雷达天线通 道校正的方法》公布了一种借助船舶辅助信息来测量天线方向图的方法，利用海面船舶的 距离、速度、航向、位置等信息来计算雷达接收通道在不同方位的幅度响应，从而计算出天 线的方向图，但是该方法的有效性受船舶的数量、方位分布影响较大，在对湖泊、海湾、江河 入海口等需要用到甚高频雷达进行近程探测的场合，船只分布少，尤其不适用。申请号为 201210200076.X的中国专利，名称为《高频地波雷达相对天线方向图自动估计方法》给出了 一种通过软件递推算法估计天线方向图的方法，其有效性和可靠性尚需进一步验证。
[0006] 综上所述，小型化天线在高频/甚高频雷达中的应用日益增多，但是天线方向特 性受环境影响的问题却亟待解决，一旦方向图发生畸变，将对目标方位估计产生恶劣的影 响，必须花费更大的代价去测试天线的实际方向图，这是一项耗时、耗力、量大的重复性工 作。如何从源头上解决天线方向图受环境影响的问题已是迫在眉睫。
[0007] 参考文献：
[0008] [1]C0DAROceanSensors,Ltd. ,User'sGuidefor:SeaSondeRadialSite AntennaPatternMeasurement, 2003〇
【发明内容】
[0009] 针对现有天线中存在的问题，本实用新型提供一种用于HF/VHF雷达的微型接收 天线，以消除环境对天线方向性的影响，实现不需要实测天线方向图也能对方位进行准确 估计的目的。
[0010] 本实用新型的技术方案如下：
[0011] 一种用于HF/VHF雷达的微型接收天线，包括天线主体、防水盒、支撑杆、第一电缆 和第二电缆；所述的天线主体位于防水盒中，通过第一电缆和第二电缆将天线主体与雷达 接收机相连，所述的防水盒通过支撑杆固定在地面上，所述的第一电缆和第二电缆位于支 撑杆内。
[0012] 作为优选，所述的天线主体由两个正交摆放的第一环天线和第二环天线组成。
[0013] 作为优选，所述的天线主体由十字摆放的第一环天线和第二环天线组成；所述的 第一环天线和第二环天线均由两根绕制线圈的磁棒组成；所述的磁棒竖直放置；两根线圈 之间接入电容进行串联谐振；第一环天线串联后谐振输出通过第一放大器后经第一电缆接 入接收机第一通道；第二环天线串联后谐振输出通过第二放大器后经第二电缆接入接收机 第二通道。
[0014] 作为优选，所述的天线主体由方形摆放的第一环天线和第二环天线组成；所述的 第一环天线和第二环天线由两根绕制线圈的磁棒组成；第一环天线和第二环天线的两根磁 棒平行放置组成方形；第一环天线和第二环天线的两根线圈之间接入电容进行串联谐振； 第一环天线串联后谐振输出通过第一放大器后经第一电缆接入接收机第一通道；第二环天 线串联后谐振输出通过第二放大器后经第二电缆接入接收机第二通道。
[0015] 作为优选，所述的天线主体由三个三维正交的环天线组成。
[0016] 作为优选，所述的天线主体由第一环天线、第二环天线和中环天线两两十字摆放 构成；所述的第一环天线、第二环天线和中环天线均由两根绕制线圈的磁棒组成；所述的 磁棒竖直放置；两根线圈之间接入电容进行串联谐振；第一环天线串联后谐振输出通过第 一放大器后经第一电缆接入接收机第一通道；第二环天线串联后谐振输出通过第二放大器 后经第二电缆接入接收机第二通道，中环天线串联后谐振输出通过第三放大器后经第三电 缆接入接收机第三通道；所述的第三电缆位于支撑杆内。
[0017] 作为优选，所述的天线主体由方形摆放的第一环天线和第二环天线和垂直贯穿于 该方形平面中心点的中环天线组成；所述的第一环天线、第二环天线和中环天线由两根绕 制线圈的磁棒组成；第一环天线和第二环天线的两根磁棒平行放置组成方形；所述的中环 天线的磁棒竖直放置；第一环天线和第二环天线的两根线圈之间接入电容进行串联谐振； 第一环天线串联后谐振输出通过第一放大器后经第一电缆接入接收机第一通道；第二环天 线串联后谐振输出通过第二放大器后经第二电缆接入接收机第二通道；所述的第三电缆位 于支撑杆内。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和积极效果：
[0019] 1、本实用新型的天线及相应的方位角估计技术，对架设环境没有太大限制，只要 探测范围没有巨型遮挡物造成回波较大衰减即可，一般的金属栏杆、矮小房屋、树木、小型 石头等对方位的估计皆没有影响。
[0020] 2、本实用新型的天线及相应的方位角估计技术，适合在任何环境下使用，不需要 另外单独现场测试其方向图，全部按理想方向图处理即可，不会影响方位估计的准确性。
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型实施例的天线外观示意图；
[0022] 图2-1是防水盒中十字摆放的天线主体俯视图；
[0023] 图2-2是十字摆放的天线主体第一环天线和第二环天线的绕线方式示意图；
[0024] 图3-1是防水盒中方形摆放的天线主体俯视图；
[0025] 图3-2是方形摆放的天线主体第一环天线和第二环天线的绕线方式示意图；
[0026] 图4是本实用新型二维正交环天线的结构示意图；
[0027] 图5是本实用新型二维正交环天线的理想方向图；
[0028] 图6是现有单极子/交叉环天线的实测方向图；
[0029] 图7是本实用新型实施例的二维正交环天线的实测方向图；
[0030] 图8是十字方式摆放的三维正交环天线示意图；
[0031] 图9是方形方式摆放的三维正交环天线示意图；
[0032] 图10是本实用新型实施例的三维正交环天线的结构示意图；
[0033] 图中，1-防水盒，2-支撑杆，3-第一电缆，4-第二电缆，5-地面，6-第一环天线， 7_第二环天线，8-电容，9-磁棒，10-线圈，11-第一环天线串联后谐振输出，12-第二环天 线串联后谐振输出，13-第一放大器，14-第二放大器，15-接收机第一通道，16-接收机第二 通道，17-接收机，18-中环天线，19-中环天线串联后谐振输出，20-第三放大器，21-第三 电缆，22-接收机第三通道。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例详细说明：
[0035] 图1所示为本实用新型实施例外观示意图，一种用于HF/VHF雷达的微型接收天 线，包括天线主体、防水盒1、支撑杆2、第一电缆3和第二电缆4 ;所述的天线主体位于防水 盒1中，通过第一电缆3和第二电缆4将天线主体与雷达接收机相连，所述的防水盒1通过 支撑杆2固定在地面5上，所述的第一电缆3和第二电缆4位于支撑杆2内。
[0036] 天线主体位于防水盒1中，其底部的两个电缆插座为天线的两路输出，通过第一 电缆3和第二电缆4可将天线与雷达接收机相连。天线在实际工作过程中通过支撑杆2 固定在地面5上，支撑杆2可选用金属材质或其他坚硬、抗台风、腐蚀的绝缘材质，如玻璃 钢管；支撑杆2的高度没有太大限制，只要保证天线回波能量不被遮挡削弱即可，如一般取 3-4m〇
[0037] (一）二维正交环天线的构造
[0038] 天线主体由两个正交摆放的第一环天线6和第二环天线7组成，第一环天线6和 第二环天线7的摆放方式共有两种：十字摆放和方形摆放，其俯视图分别如图2-1和3-1所 不。
[0039] 十字摆放：所述的天线主体由十字摆放的第一环天线6和第二环天线7组成；如 图2-2,所述的第一环天线6和第二环天线7均由两根绕制线圈1