一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线

：本发明属于天线与电磁兼容，具体涉及一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线。

背景技术

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背景技术：

1、舰载、机载雷达和通信发射机等大功率辐射源所形成的强脉冲调制辐射场对武器装备构成了严重的电磁威胁，多型装备将抗电磁辐射效能提升至战技指标高度对装备进行考核。装备抗电磁辐射效能评估的主要依据是gjb1389a-2005规定的外部射频电磁环境要求，根据标准规定，需要在很宽的频段产生强脉冲调制辐射场。尤其是s波段需要产生的脉冲调制辐射场，其电场峰值可达数千乃至上万v/m量级，且占空比大于10％。

2、截至目前，国内并没有能够同时满足该电场峰值和占空比要求的实验装置。国内现有的辐射场试验装置多采用“信号源+单一功率放大器+天线”方式，然而单一的微波频段脉冲调制功率放大器输出能力有限，难以满足数千乃至上万v/m电场生成需求；采用磁控管发射机的方式生成强脉冲辐射场，虽场强能够满足要求，但占空比只能达到0.12％，仍无法满足标准辐射场生成需求。

3、经研究，应用近场聚焦相控阵天线可以生成宽带强脉冲调制辐射场。目前的近场聚焦相控阵天线多为微带天线阵或开槽天线阵，主要包括天线单元、信号生成模块、功率放大模块、功分网络、波控模块、电源组件；该类型天线阵带宽窄，天线阵主要工作在连续波、小功率模式，缺乏散热和电磁防护设计，多应用于医疗、安防、无线能量传输等领域。因此，目前的近场聚焦相控阵天线带宽窄、功率容量低、不适应脉冲调制模式、散热差、电磁防护能力弱，难以适用于3m工作平面上产生数千乃至上万v/m、占空比大于10％的脉冲调制辐射场的应用场景。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明要克服现有技术存在的带宽窄、功率容量低、不适应脉冲调制模式、散热差、电磁防护能力弱的问题，提供一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线。

2、为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线，包括宽带天线单元、发射组件、发射功分网络、驱动放大器、脉冲调制信号生成模块、接收合成网络、自检接收机、激励器、波控模块、电源模块、冷板和阵面结构，所述脉冲调制信号生成模块、驱动放大器和发射功分网络依次相接，发射功分网络分别与多个发射组件相接，多个发射组件和多组宽带天线单元连接，作为信号发射通道；所述多个发射组件的返回端与依次相接的接收合成网络、自检接收机和波控模块连接，作为自检接收通道；所述波控模块分别与脉冲调制信号生成模块、自检接收机、激励器、驱动放大器相连接，激励器与多个发射组件相连接，作为控制通道；所述电源模块分别与脉冲调制信号生成模块、驱动放大器、自检接收机、激励器和多个发射组件相连接，作为供电通道。

3、进一步的，上述发射组件内部的末级功放后配置隔离器、耦合器和大功率负载。

4、进一步的，上述阵面结构包括阵列底座和阵面外壳，多组宽带天线单元组成天线阵列固定于阵列底座上，阵列底座通过外围的挡板与阵面外壳连接，形成“凹”型完全屏蔽体，在“凹”型口位置设置有天线罩，天线罩的外围为连接区，中间为透波区。

5、与现有技术相比，本发明的优点是：

6、1、本发明所述宽带天线单元具有宽频带、高增益、高功率容量的特点，设计参数：工作频带内驻波比＜1.5，典型频点增益＞6.5dbi，功率容量不低于60w；所述脉冲调制信号生成模块5可生成系统所需的宽带、大占空比脉冲调制信号；所述驱动放大器4和发射组件2可对信号进行放大，单个发射组件2的额定输出功率不低于60w；所述发射功分网络3的功分单元带内驻波比＜2，插损＜3.3db。以上组部件是相控阵天线宽频带、高功率容量和大占空比设计的基础。

7、2、本发明所述相控阵天线能够在3m距离产生数千乃至上万v/m、占空比大于10％的脉冲调制辐射场，能够实现3m距离近场聚焦和自动波束电扫描。3m距离对于相控阵整体而言属于近场，但对于单独天线单元而言属于远场，因此发明利用各天线单元远场同相位叠加的思路设计聚焦相控阵。利用发明点三所述方法，通过软件控制各发射组件的相位，令各天线单元所产生的辐射场在近场聚焦场点同相位叠加实现。相控阵的天线单元和发射组件数目根据不同的辐射场强要求变化，场强越强所需的单元和发射组件数目越多。

8、3、本发明所述相控阵天线受试系统多为电大尺寸系统，因此常面临数千乃至上万v/m反射场，因此采取以下措施进行电磁防护：a)发射组件2内部的末级功放后配置隔离器、耦合器和大功率负载，以隔离并吸收从天线耦合进入发射组件2内部的电磁能量，以保护发射组件2的末级功放；b)阵面结构为屏蔽体，阵面底座通过金属挡板与阵面外壳相连接，有效形成完整的屏蔽体；反射场被阵面外壳、挡板和阵面底座形成的完整屏蔽体阻挡，整个屏蔽体具有不低于20db屏蔽效能。该结构不影响天线通过透波区对外辐射，而通过天线耦合进入发射组件2的能量又被隔离器、耦合器和大功率负载吸收。

技术特征：

1.一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线，包括宽带天线单元（1）、发射组件（2）、发射功分网络（3）、驱动放大器（4）、脉冲调制信号生成模块（5）、接收合成网络（6）、自检接收机（7）、激励器（8）、波控模块（9）、电源模块（10）、冷板（11）和阵面结构（12），其特征在于：所述脉冲调制信号生成模块（5）、驱动放大器（4）和发射功分网络（3）依次相接，发射功分网络（3）分别与多个发射组件（2）相接，多个发射组件（2）和多组宽带天线单元（1）连接，作为信号发射通道；所述多个发射组件（2）的返回端与依次相接的接收合成网络（6）、自检接收机（7）和波控模块（9）连接，作为自检接收通道；所述波控模块（9）分别与脉冲调制信号生成模块（5）、自检接收机（7）、激励器（8）、驱动放大器（4）相连接，激励器（8）与多个发射组件（2）相连接，作为控制通道；所述电源模块（10）分别与脉冲调制信号生成模块（5）、驱动放大器（4）、自检接收机（7）、激励器（8）和多个发射组件（2）相连接，作为供电通道。

2.根据权利要求1所述的一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线，其特征在于：所述发射组件（2）内部的末级功放后配置隔离器、耦合器和大功率负载。

3.根据权利要求2所述的一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线，其特征在于：所述阵面结构（12）包括阵列底座和阵面外壳，多组宽带天线单元（1）组成天线阵列固定于阵列底座上，阵列底座通过外围的挡板与阵面外壳连接，形成“凹”型完全屏蔽体，在“凹”型口位置设置有天线罩，天线罩的外围为连接区，中间为透波区。

技术总结
本发明属于天线与电磁兼容技术领域，具体涉及一种产生宽带强脉冲调制辐射场的近场聚焦相控阵天线。包括宽带天线单元、发射组件、发射功分网络、驱动放大器、脉冲调制信号生成模块、接收合成网络、自检接收机、激励器、波控模块、电源模块、冷板和阵面结构，脉冲调制信号生成模块、驱动放大器和发射功分网络依次相接，发射功分网络分别与多个发射组件相接，多个发射组件和多组宽带天线单元连接；多个发射组件的返回端与依次相接的接收合成网络、自检接收机和波控模块连接；波控模块分别与脉冲调制信号生成模块、自检接收机、激励器、驱动放大器相连接，激励器与多个发射组件相连接。本发明能够在3m距离产生数千乃至上万V/m、占空比大于10%的脉冲调制辐射场，能够实现3m距离近场聚焦和自动波束电扫描。

技术研发人员：陈晨,郭恩全,邱志强,余世里,梁辉,杨林,王晨浩,杨扬
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13