一种双反射面雷达成像天线的制作方法

本发明涉及雷达探测领域，具体而言，涉及一种双反射面雷达成像天线。

背景技术

机场跑道入侵异物(foreignobjectdebris，fod)对航班安全有重大威胁。航空器对于fod来说相当脆弱，一只飞鸟或一小块塑料布吸入发动机可能引起空停，一个小螺钉或金属片甚至尖锐石子都可能扎伤轮胎引起爆破，产生的轮胎碎片可能打伤飞机机体或重要部件，如液压管、油箱。从2000年法国协和号空难事故后，多方研究机构与公司都在致力于fod探测技术的研究和应用系统的开发，用于防止机场跑道外来异物撞击飞机而因此造成的飞机轮胎受损或者发动机受损，以及由此引发的机场跑道关闭或航班晚点等额外的经济损失。fod探测系统的性能对航班起降安全的保障有重要的作用。

雷达探测方法是机场异物检测的手段之一，但目前国内的雷达探测方法均存在分辨率低的缺陷，在检测过程中可能会造成许多的虚警，产生不必要的成本浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双反射面雷达成像天线，其能够实现很高的分辨率，从而可实现对碎片小目标的探测，可用于机场跑道异物检测系统中。

本发明的实施例是这样实现的：

一种双反射面雷达成像天线，包括伺服转台、收发前端、支撑装置以及设置于所述支撑装置上的第一反射面、第二反射面、发射馈源组件和接收馈源组件；所述支撑装置与所述伺服转台转动连接，所述第一反射面与所述发射馈源组件形成发射天线，所述第二反射面与所述接收馈源组件形成接收天线，所述发射馈源组件和所述接收馈源组件分别与所述收发前端连接。

本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的有益效果是：通过支撑装置相对伺服转台转动，带动设置于支撑装置上的第一反射面、第二反射面、发射馈源组件和接收馈源组件转动，第一反射面与发射馈源组件形成发射天线，用于进行方位扫描，第二反射面与所述接收馈源组件接收天线，用于接收扫描到的异物信息，发射馈源组件和接收馈源组件分别与收发前端连接，接收馈源组件接收到的异物信息通过收发前端进行传递，以便对检测信息的处理。本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线为收发共用雷达天线，可实现很高的分辨率，从而可实现对碎片小目标的探测，并且具有质量轻，结构简单的特点，便于使用，可用于机场跑道异物检测系统中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的立体视图。

图2是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的另一视角的剖视图。

图3是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的第一反射面的立体视图。

图4是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的第一反射面的背面的立体视图。

图5为本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源组件的立体视图。

图6是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源的立体视图。

图7是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射弯波导的立体视图。

图8是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源的驻波比曲线图。

图9是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源的方向图。

图10是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源的轴比方向图(宽波束切面)。

图11是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的发射馈源喇叭的辐射方向图。

图12是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收馈源组件的立体视图。

图13是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收馈源的立体视图。

图14是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收弯波导的立体视图。

图15是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收馈源驻波比曲线图。

图16是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收馈源方向图。

图17是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的接收馈源轴比方向图。

图18是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的馈源调整装置的立体视图，其中以对发射馈源组件的调节为例。

图19是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的支撑架和数字机箱组合体的立体视图。

图20是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的伺服转台的剖切结构图。

图21是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的伺服转台的伺服控制系统的结构示意框图。

图22是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线的射频机箱的立体视图。

图标：1-双反射面雷达成像天线；100-第一反射面；110-第二反射面；111-交叉型加强筋；112-定位销孔；113-安装平面；114-基准孔；115-基准平面；200-发射馈源组件；210-发射馈源；211-发射馈源喇叭；2111-第一安装法兰；212-发射馈源隔板圆极化器；213-发射馈源功分器；2131-第二安装法兰；220-发射弯波导；221-第三安装法兰；222-第四安装法兰；300-接收馈源组件；310-接收馈源；311-接收馈源喇叭；3111-第五安装法兰；312-接收馈源隔板圆极化器；313-第一接收馈源直角弯波导；314-第二接收馈源直角弯波导；315-第一接收馈源功分器；316-第二接收馈源功分器；3151-第六安装法兰；320-接收弯波导；321-第七安装法兰；322-第八安装法兰；400-伺服转台；410-承载机箱；420-方位转轴；430-轴承；440-承力板；450-力矩电机；460-旋转编码器；470-制动器组件；471-制动器；472-制动器支架；480-电机支架；490-滑环组件；491-滑环；4911-滑环定子；4912-滑环转子；492-滑环转子支架；493-滑环定子支架；500-收发前端；600-支撑装置；610-支撑架；611-反射面支撑架；612-支撑板；613-支撑架封板；614-射频机箱侧支架；620-数字机箱；621-数字机箱左支架；622-数字机箱右支架；623-数字机箱后面板；624-数字机箱立柱；625-数字机箱盖板；626-数字机箱前面板；630-射频机箱；631-射频箱体；6311-接头安装孔；6312-侧面止口；632-射频盖板；700-馈源安装支架；710-第一馈源安装支架；720-第二馈源安装支架；800-馈源调节装置；810-活动板；820-固定框；830-第一调节件；840-第二调节件；850-第三调节件；900-伺服控制系统；910-供电系统；911-emi滤波器；912-空气开关；913-交流接触器；914-ac/dc电源模块；920-伺服控制器；930-控制器件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

请参阅图1和图2，本实施例提供了一种双反射面雷达成像天线1，其可以作为机场跑道的异物检测探测雷达天线，具有频段高、分辨率高的特点，其工作频段可以为w频段。能从毫米级别检测机场跑道上有安全隐患的异物，对航班起降安全的保障有重要的作用。

本实施例提供的双反射面雷达成像天线1包括伺服转台400、收发前端500、支撑装置600、第一反射面100、第二反射面110、发射馈源组件200及接收馈源组件300。第一反射面100、第二反射面110、发射馈源组件200和接收馈源组件300均设置于支撑装置600上。支撑装置600与伺服转台400转动连接，第一反射面100与发射馈源组件200形成发射天线，第二反射面110与接收馈源组件300形成接收天线，发射馈源组件200和接收馈源组件300分别与收发前端500连接。发射天线用于进行方位扫描，接收天线用于接收扫描到的异物信息。可选地，本实施例中，收发前端500采用毫米波收发前端500，进一步能从毫米级别检测异物。另外，发射天线为右旋圆极化，接收天线为双圆极化。

本实施例中，支撑装置600包括支撑架610、数字机箱620及射频机箱630，数字机箱620和射频机箱630设置于支撑架610上。其中，数字机箱620内设置有数字单元，收发前端500通过线缆与数字单元连接，支撑架610与伺服转台400转动连接。数字单元通过伺服转台400与外部的信号处理设备连接，以将信号发送给信号处理设备进行后端的处理。

本实施例中，收发前端500设置于射频机箱630内。另外，射频机箱630还用于安装视频放大器等射频器件，收发前端500与视频放大器连接，视频放大器与数字单元连接，视频放大器能够将收发前端500接收的信号进行放大处理并发送给数字单元。

请参阅图3和图4，本实施例中，第一反射面100和第二反射面110均为切割带状偏置抛物面，其工作面表面光洁度高，型面精度高。第一反射面100和第二反射面110分别位于射频机箱630的上方和下方，呈上下对称布置。第一反射面100的焦点与发射馈源组件200的相位中心重合，从而构成发射天线；第二反射面110的焦点与接收馈源组件300的相位中心重合，从而构成接收天线。可选地，第一反射面100和第二反射面110的背面均设置有交叉型加强筋111，保证结构强度；并设置有定位销孔112和安装平面113，通过定位销孔112与支撑架610实现定位，再通过连接件将安装平面113与支撑架610连接，从而保证第一反射面100和第二反射面110的安装精度。第一反射面100和第二反射面110的顶面均设置有基准孔114和基准平面115。

请参阅图5，进一步地，双反射面雷达成像天线1还可以包括馈源安装支架700，馈源安装支架700包括第一馈源安装支架710。发射馈源组件200通过第一馈源安装支架710安装于射频机箱630上。当然发射馈源组件200也可以通过第一馈源安装支架710安装于支撑装置600的其他结构上。射频机箱630的尾部中间的顶部位置开设有矩形槽，用于安装发射馈源组件200。

发射馈源组件200包括发射馈源210和发射弯波导220，发射馈源210安装于第一馈源安装支架710，发射弯波导220的一端与发射馈源210连接，另一端与收发前端500连接。

请参阅图6，本实施例中，发射馈源210包括依次连接的发射馈源喇叭211、发射馈源隔板圆极化器212及发射馈源功分器213。其中，发射馈源功分器213与发射弯波导220连接。发射馈源喇叭211设置有第一安装法兰2111，发射馈源喇叭211通过该第一安装法兰2111与第一馈源安装支架710连接。第一安装法兰2111可选为通过销孔与第一馈源安装支架710定位，并通过螺钉紧固。

发射馈源喇叭211采用方口径作为辐射单元，充分利用辐射单元的口面。并且，采用单层一分八口的喇叭形式，实现一维阵列(8×1)。发射馈源隔板圆极化器212其中的一路采用短路设计，降低复杂程度的同时实现单圆极化。本实施例中，发射馈源隔板圆极化器212采用右圆极化。发射馈源功分器213采用折叠式的h面y形节形式的功分器，指标好，结构紧凑。发射馈源功分器213的公共口为bj900标准波导口，其一端设置有第二安装法兰2131。发射馈源功分器213通过第二安装法兰2131与发射弯波导220连接。可选地，第二安装法兰2131采用非标法兰，其上也设计有用于定位的销孔，保证安装精度。

因此，发射馈源210采用喇叭+隔板圆极化器+功分网络的形式，由单层一分八功分网络对八个圆极化喇叭单元进行馈电，实现一维阵列(8×1)。

请参阅图7，发射弯波导220的内腔为bj900波导腔，结构形式为空间型弯波导，一端设置有第三安装法兰221，另一端设置有第四安装法兰222。第三安装法兰221通过与第二安装法兰2131连接从而实现发射弯波导220与发射馈源功分器213连接，第三安装法兰221可选采用非标法兰。第四安装法兰222用于与收发前端500连接，第四安装法兰222可选采用标准fugp型法兰。

图8是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的发射馈源210的驻波比曲线图。图9是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的发射馈源210的方向图。图10是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的发射馈源210的轴比方向图(宽波束切面)。图11是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的发射馈源喇叭211的辐射方向图。由图8～图10可见，本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1具有良好的辐射性能。

请参阅图12，馈源安装支架700还可以包括第二馈源安装支架720，第二馈源安装支架720与射频机箱630连接，接收馈源组件300安装于第二馈源安装支架720。当然接收馈源组件300也可以通过第一馈源安装支架710安装于支撑装置600的其他结构上。射频机箱630的尾部中间的底部位置开设有矩形槽，用于安装接收馈源组件300。

接收馈源组件300包括接收馈源310和接收弯波导320，接收馈源310安装于第二馈源安装支架720，接收弯波导320的一端与接收馈源310连接，另一端与收发前端500连接。

请参阅图13，接收馈源310包括接收馈源喇叭311、接收馈源隔板圆极化器312、第一接收馈源直角弯波导313、第二接收馈源直角弯波导314、第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316。接收馈源隔板圆极化器312的一端与接收馈源喇叭311连接，另两端分别与第一接收馈源直角弯波导313和第二接收馈源直角弯波导314连接。第一接收馈源直角弯波导313的另一端与第一接收馈源功分器315连接，第二接收馈源直角弯波导314的另一端与第二接收馈源功分器316连接。接收弯波导320为两个，第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316各与一个接收弯波导320的一端连接，两个接收弯波导320的另一端均与收发前端500连接。

接收馈源喇叭311采用方口径作为辐射单元，充分利用辐射单元的口面。并且，采用单层一分八口的喇叭形式，实现一维阵列(8×1)。接收馈源喇叭311上设置有第五安装法兰3111，通过该第五安装法兰3111与第二馈源安装支架720连接。第五安装法兰3111可选为通过销孔与第二馈源安装支架720定位，并通过螺钉紧固。

通过接收馈源隔板圆极化器312实现双圆极化。第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316均采用h面t形节形式的功分器，指标好，结构紧凑。第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316的公共口为bj900标准波导口。第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316的一端均设置有第六安装法兰3151，第一接收馈源功分器315及第二接收馈源功分器316分别通过第六安装法兰3151与一个接收弯波导320连接。可选地，第六安装法兰3151采用非标法兰，其上也设计有用于定位的销孔，保证安装精度。

因此，接收馈源310采用喇叭+隔板圆极化器+功分网络的形式，由双层一分八功分网络对八个圆极化喇叭单元进行馈电，实现一维阵列(8×1)。

请参阅图14，两个接收弯波导320结构相同，均采用弯折结构，接收弯波导320的内腔为bj900波导腔，结构形式为h面双弯波导。接收弯波导320的一端设置有第七安装法兰321，另一端设置有第八安装法兰322。两个接收弯波导320的第七安装法兰321分别与第一接收馈源功分器315上的第六安装法兰3151和第二接收馈源功分器316的第六安装法兰3151连接。第七安装法兰321可选采用非标法兰。第八安装法兰322用于与收发前端500连接，第八安装法兰322可选采用标准fugp型法兰。

图15是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的接收馈源310驻波比曲线图。图16是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的接收馈源310方向图。图17是本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1的接收馈源310轴比方向图。由图15～图17可见，本发明实施例提供的双反射面雷达成像天线1具有良好的辐射性能。

请参阅图18，进一步地，双反射面雷达成像天线1还可以包括馈源调节装置800，馈源调节装置800包括活动板810、固定框820、第一调节件830、第二调节件840及第三调节件850。馈源安装支架700与活动板810连接，固定框820与支撑装置600连接，活动板810于第一方向上的侧面通过第一调节件830与固定框820连接，以调节活动板810相对固定框820于第一方向上的位置，活动板810于第二方向上的侧面通过第二调节件840与固定框820连接，以调节活动板810相对固定框820于第二方向上的位置，活动板810于第三方向上的侧面通过第三调节件850与固定框820连接，以调节活动板810相对固定框820于第三方向上的位置。

需要说明的是，馈源安装支架700可以是第一馈源安装支架710，或者也可以是第二馈源安装支架720，或者第一馈源安装支架710和第二馈源安装支架720均可以通过馈源调节装置800与支撑装置600连接，从而实现根据需要调节发射馈源组件200及接收馈源组件300的位置调节，实现前后、左右、俯仰三自由度的馈源调整功能。另外，第一方向、第二方向、第三方向两两相互正交。其中，第一方向以x方向表示，第二方向以y方向表示，第三方向以俯仰方向表示。可选地，第一调节件830、第二调节件840及第三调节件850可以分别为x方向调节螺钉、y方向调节螺钉和俯仰调节螺钉。第一调节件830可以为多组，每组第一调节件830包括两个x方向调节螺钉，分别设置于活动板810于第一方向上相对的两侧面；第二调节件840可以为多组，每组第二调节件840包括两个y方向调节螺钉，分别设置于活动板810于第二方向上相对的两侧面。

请参阅图19，进一步地，支撑架610可以包括反射面支撑架611、支撑板612、支撑架封板613及射频机箱侧支架614。其中，反射面支撑架611可以为两个，两个反射面支撑架611相对平行设置。支撑板612的一侧与反射面支撑架611的一侧连接，构成天线的主支撑结构，可选地两者通过螺钉连接，呈l型的结构形式。支撑架封板613连接于两个反射面支撑架611之间。支撑板612的底部用于伺服转台400配合，并通过螺钉连接。射频机箱侧支架614以螺钉安装于反射面支撑架611的两侧，并与射频机箱630连接，用以托住射频机箱630。

数字机箱620可以认为集成于支撑架610。数字机箱620可以包括数字机箱左支架621、数字机箱右支架622、数字机箱后面板623、数字机箱立柱624、数字机箱盖板625及数字机箱前面板626，数字机箱前面板626、数字机箱左支架621、数字机箱后面板623及数字机箱右支架622依次首尾连接，并围成矩形框体结构，数字机箱盖板625盖设于该矩形框体结构，其四周分别与数字机箱前面板626、数字机箱左支架621、数字机箱后面板623及数字机箱右支架622连接。另外，数字机箱右支架622与数字机箱后面板623之间以及数字机箱左支架621与数字机箱后面板623之间各通过一个数字机箱立柱624连接。这样，形成矩形体结构的数字机箱620。

请参阅图20，伺服转台400作为雷达扫描探测的驱动部件，采用直驱形式。在伺服转台400的驱动下，实现连续旋转、往复扫描和精确指向等动作。伺服转台400包括承载机箱410及设置于承载机箱410内的方位转轴420、轴承430、承力板440、力矩电机450、旋转编码器460、制动器组件470、电机支架480及滑环组件490。承载机箱410由钣金件制成，为整套天线的承载部件。承载机箱410的底部安装有脚轮和支脚，直接放置于水平地面上，亦可采用地脚螺栓固定。电机支架480与承载机箱410连接，力矩电机450安装于电机支架480，力矩电机450与方位转轴420连接，方位转轴420与支撑架610连接，旋转编码器460设置于方位转轴420，用于实时测量方位转轴420运动时的转角信息。轴承430采用高精度回转轴承430，轴承430内圈与方位转轴420采用过渡配合，保证较好的同轴性，外圈与承力板440采用小间隙配合。承力板440通过螺钉安装于承载机箱410的上表面。本实施例中，方位转轴420为阶梯形结构，从上到下依次安装有旋转编码器460、力矩电机450和制动器组件470，方位转轴420的内部数字有中空的通孔，用于供线束通过。数字单元通过滑环组件490与后端的信号处理设备相连。伺服转台400的顶部由方位转轴420与支撑架610底部的止口小间隙配合，并通过螺钉连接。

滑环组件490包括滑环491、滑环转子支架492和滑环定子支架493。滑环491包括滑环转子4912及套设于滑环转子4912外的滑环定子4911。方位转轴420通过滑环转子支架492与滑环转子4912连接，用于带动滑环转子4912相对滑环定子4911旋转。滑环定子支架493与承载机箱410连接，滑环定子4911安装于滑环定子支架493，滑环转子4912与数字单元电连接，并用于外部的信号处理设备电连接。

制动器组件470包括制动器471和制动器支架472，其中，制动器471设置于方位转轴420并位于力矩电机450的下方，用于在出现异常情况而发生掉电现象时，发生作用，以限制方位转轴420的转动。制动器471安装于制动器支架472，制动器支架472与电机支架480连接。

请参阅图21，伺服转台400设置有伺服控制系统900，伺服控制系统900设置于承载机箱410内。伺服控制系统900包括供电系统910、伺服控制器920和控制器件930。供电系统910与伺服控制器920电连接，伺服控制器920与控制器件930电连接，伺服控制器920与数字单元电连接，用于根据数字单元发出的指令，控制控制器件930完成相应动作。供电系统910包括依次连接的emi滤波器911、空气开关912、交流接触器913及ac/dc电源模块914。ac/dc电源模块914与伺服控制器920电连接。可选地，伺服控制系统900采用arm+fpga核心架构，其工作原理是：一次电源经emi滤波、空气开关912和交流接触器913进入ac/dc电源模块914，输出24vdc电源至伺服控制器920；由数字单元向伺服系统发出电源通断指令(oc)，伺服系统通过硬件电路实现至板级dc/dc电源模块24vdc主电源的通断控制；上电完成后，伺服控制器920完成系统初始化并进入指令中断等待状态，并根据数字单元发出的各类指令完成任务调度管理、数据上传、状态反馈以及运动控制；伺服系统定期进行系统自检(如有异常，则进行容错和故障处理)，同时根据系统工作状态记录日志。

请参阅图22，进一步地，射频机箱630采用矩形结构，由射频箱体631和射频盖板632构成。射频箱体631的侧边及射频盖板632设计有散热孔，用以散热；其前端面设计有接头安装孔6311，用以安装射频接头和航空接头；前端侧面有侧面止口6312，用于与射频机箱侧支架614通过螺钉连接。

综上所述，本实施例提供的双反射面雷达成像天线1，可以固定于地面上，属偏心转台结构；其工作频段可以为w频段，为收发共用雷达天线。通过高频段天线设计，可实现很高的分辨率，从而可实现对碎片小目标的探测。该双反射面雷达成像天线1通过力矩电机450驱动方位转轴420，从而带动支撑装置600及其上的发射天线进行方位扫描。根据控制指令的不同，可实现连续旋转、往复扫描和精确指向等动作，从而实现雷达的探测和定位功能。天线检测到的异物信息经射频机箱630内的射频器件处理后，传递至后端的数字处理系统，实现对检测信息的处理。方位转轴420上的旋转编码器460可实时测量运动时的转角信息，并实时回传至伺服系统，实现精确定位和测速。若出现异常情况而发生掉电现象，则制动器471发生作用，限制方位转轴420的转动。本实施例的双反射面雷达成像天线1具有频段高，型面精度高，质量轻，结构简单的特点，便于使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。