專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的微波功率分配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)包括多個(gè)第 一天線元件和微波功率分配系統(tǒng)，該微波功率分配系統(tǒng)包括設(shè)置為將
微波功率從微波生成器分配到天線元件的多個(gè)T/R單元。
背景技術(shù)：
在用于飛機(jī)的雷達(dá)裝置領(lǐng)域中，使用定位在飛機(jī)機(jī)體上并在飛機(jī) 的縱向，即在從前到后的方向上延伸的背側(cè)單元(dorsal unit)已為人所 知。背側(cè)單元包括沿背側(cè)單元的縱向定位、用于側(cè)視目的的多個(gè)側(cè)視 天線元件。背側(cè)設(shè)置的一個(gè)問(wèn)題在于如果沒(méi)有放置在背側(cè)單元前端和 后端的另外天線元件，雷達(dá)無(wú)法在前向或后向上查看。
現(xiàn)有技術(shù)文檔專(zhuān)利US-5923302涉及在背側(cè)單元的頂蓋上帶單極 的端射陣列。此解決方案的問(wèn)題在于它在天線性能方面受限制，由于 復(fù)雜的電磁設(shè)計(jì)工藝、復(fù)雜難懂的掃描控制及復(fù)雜的制造而成本昂 貴。此外，除非地電位面向下彎曲朝向背側(cè)單元的末端，否則，解決 方案產(chǎn)生不合需要的向上瓣傾斜。
在現(xiàn)有技術(shù)中，也為人所熟知的是在飛機(jī)的機(jī)頭中為前視使用單 獨(dú)的天線，并且在后部某處球莖狀雷達(dá)天線罩內(nèi)為后視z使用天線。為 特殊的雷達(dá)系統(tǒng)配備這些天線的解決方案具有成本高的缺點(diǎn)。
備選，前視和后視天線連接到通用雷達(dá)的的缺點(diǎn)在于長(zhǎng)的高功率 RF饋送必須從雷達(dá)汲取到前/后視天線。此解決方案變得不必要地沉 重，并且它阻礙了在機(jī)頭雷達(dá)天線罩中安裝其它重要傳感器的可能 性。因此，利用現(xiàn)有T/R單元輸送的功率的輕型解決方案是優(yōu)選方案。
因此，在雷達(dá)系統(tǒng)中需要一種天線解決方案，提供全面覆蓋(360°)、無(wú)移動(dòng)零件、具有最小化的拖動(dòng)、最小化的重量、最小化的 系統(tǒng)大小、低成本、高增益和電子掃描能力以及在前視和/或后視能力 方面雷達(dá)系統(tǒng)中的天線系統(tǒng)性能有全面的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)的雷達(dá)系統(tǒng)的天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)包括在縱 向、橫向和高度方向上延伸的背側(cè)單元。背側(cè)單元包括在高度方向和 縱向上延伸的兩個(gè)相對(duì)長(zhǎng)側(cè)和在橫向和高度方向上延伸的兩個(gè)相對(duì) 短側(cè)以及各在縱向和橫向上延伸的上側(cè)和與其相對(duì)的底側(cè)。背側(cè)單元 安裝到飛機(jī)上時(shí)，該縱向基本上與飛機(jī)的縱向一致。用于側(cè)視雷達(dá)系 統(tǒng)的背側(cè)單元包括定位在背側(cè)單元每個(gè)長(zhǎng)側(cè)上和背側(cè)單元的縱向上 的多個(gè)第一天線單元。天線系統(tǒng)包括微波功率分配系統(tǒng)，該分配系統(tǒng) 包括定位在背側(cè)單元內(nèi)并設(shè)置為將微波功率饋送到第一天線元件和 從第一天線元件中饋出微波功率的多個(gè)第一發(fā)射接收單元(以下稱(chēng)為 T/R單元)。功率分配系統(tǒng)設(shè)置為分配微波功率。
本發(fā)明的特征在于微波功率分配系統(tǒng)包括安裝在背側(cè)單元頂部和 /或底部上和/或背側(cè)單元內(nèi)的偏振波導(dǎo)組件。天線系統(tǒng)也包括連接到 短側(cè)并在高度方向上延伸地安裝的天線裝置。天線裝置包括經(jīng)功率分 配系統(tǒng)由功率生成器饋送的多個(gè)第二天線元件。天線裝置連接到波 導(dǎo)，使得第一T/R單元供應(yīng)的微波功率能如此被分配，即，使得雷達(dá) 系統(tǒng)能在前部扇區(qū)和/或后部扇區(qū)中執(zhí)行方位掃描。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)已知 方式控制第一T/R單元，控制天線元件之間的微波功率相位，實(shí)現(xiàn)了 掃描。本發(fā)明的目的因此是允許掃描前瓣(forelobe)和/或后瓣(aftlobe) 而不使用飛機(jī)機(jī)頭中的天線和飛機(jī)尾部中的雷達(dá)天線罩，或者是使用 US-5923302中所述的上述端射解決方案的也更不令人滿意的解決方 案。
本發(fā)明的一個(gè)益處在于波導(dǎo)組件能以低成本設(shè)計(jì)和制造。其它優(yōu) 點(diǎn)在于它比現(xiàn)有技術(shù)熟知的機(jī)頭和/或后部天線成本更低且更輕。使用波導(dǎo)組件的又一優(yōu)點(diǎn)在于執(zhí)行到飛機(jī)中的集成變得更簡(jiǎn)單。
此外，與US-5923302所述的天線系統(tǒng)共同具有以下優(yōu)點(diǎn)，即， 此重量不會(huì)大大增加背側(cè)單元重量，并且波導(dǎo)組件能安裝到背側(cè)單元 上而無(wú)需現(xiàn)有背側(cè)單元的重大重新設(shè)計(jì)。因此，波導(dǎo)和天線裝置形成 了可在原位輕松直接安裝到現(xiàn)有背側(cè)單元上并相互互連和連接到例 如第一 T/R單元等已經(jīng)存在的裝置的零件集合。通過(guò)將所有第一 T/R 單元連接到專(zhuān)用波導(dǎo)，并為相鄰波導(dǎo)配備孔徑以允許專(zhuān)用波導(dǎo)中的電 磁信號(hào)進(jìn)入其余波導(dǎo)，第一T/R單元可耦合到波導(dǎo)組件。在備選實(shí)施 例中， 一個(gè)T/R單元耦合到波導(dǎo)之一，并且波導(dǎo)和T/R單元的數(shù)量因 此是相同的。在仍有的又一實(shí)施例中，少許的(如Nm個(gè))T/R單元，
耦合到NFWG個(gè)波導(dǎo)的每個(gè)波導(dǎo)，使得Nt/r乘以Nfwg大約等于Nt/r，tot。 由于NFWG等于天線裝置的數(shù)量NAD,因此，此近似關(guān)系也能表示為 Nt/R=Nt/r,tot/N AD o
然而，本發(fā)明與US-5923302中所述裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)； 它在電》茲i殳計(jì)工藝方面成本不高，它不需復(fù)雜難懂的掃描控制，并且 不需要復(fù)雜的制造。此外，本發(fā)明不產(chǎn)生不合需要的向上瓣傾斜。還 有，本發(fā)明可設(shè)計(jì)以在瓣寬度和可掃描性方面實(shí)現(xiàn)更佳和更易控制的 天線性。
該組件可在橫向上具有平面擴(kuò)展，但也可具有一定的圓頂型或彎 曲橫截面，但也可以交錯(cuò)方式，即以鋸齒形設(shè)置，其中，多個(gè)波導(dǎo)部 分地或完全地在其它波導(dǎo)的頂部。波導(dǎo)的平面組件由于易于制造，因 而是有利的。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二天線元件連接到第二T/R單元，第二T/R 單元設(shè)置為如此受到控制，即，使得第一T/R單元供應(yīng)的微波功率能 由天線系統(tǒng)分配，分配方式使得仰角掃描(elevationscan)由雷達(dá)系統(tǒng)在 從短側(cè)之一或兩個(gè)短側(cè)向外的方向上執(zhí)行，即，背側(cè)單元安裝到飛機(jī)
上時(shí)在飛才幾的前向和/或后向上^y亍。
因此，通過(guò)使用控制單元來(lái)控制每個(gè)第一 T/R單元的相位和振幅以將微波能量經(jīng)開(kāi)關(guān)饋送到每個(gè)第一右舷天線(starboard antenna)元件 或每個(gè)左舷天線(port antenna)元件，并且通過(guò)4吏用控制單元來(lái)控制 Nt/r個(gè)T/R單元的NpwG子集的每個(gè)T/R單元的相位和振幅以饋送到 NFWG個(gè)波導(dǎo)之一，根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)可用于沿著橫向和縱向的平 面中的360。方位掃描。T/R單元因此可包括由控制單元控制的開(kāi)關(guān)裝 置以根據(jù)掃描方向控制微波能量直接饋送到第 一 天線元件或間接饋 送到第二天線元件。第一天線元件基本上用于背側(cè)單元兩側(cè)上的橫向 掃描，并且第二天線元件用于前向和后向掃描。天線系統(tǒng)也可通過(guò)使 用在高度方向上的相位增量，控制第二 T/R單元將微波能量饋送到第 二天線元件，從而執(zhí)行仰角掃描。
在下面本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中，將明白所述和其它優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例。


在僅以例圖方式提供并因而不限制本發(fā)明的附圖中，通過(guò)下面本 文中提供的詳細(xì)說(shuō)明將可更全面地理解本發(fā)明，其中
圖1以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微波功率分配 系統(tǒng)，其中，水平偏振的矩形波導(dǎo)組件放置在背側(cè)單元上方。
圖2以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微波功率分配 系統(tǒng)，其中，垂直偏振的矩形波導(dǎo)組件放置在背側(cè)單元上方；
圖3以示意圖方式示出根據(jù)圖1或2，長(zhǎng)度不同的矩形波導(dǎo)組件 的頂一見(jiàn)圖4以示意圖方式示出根據(jù)圖1，正被饋送電磁功率的水平偏振 矩形波導(dǎo)組件的前(或后)^L圖5以示意圖方式示出根據(jù)圖2，正被饋送電磁功率的垂直偏振 脊形波導(dǎo)組件的前(或后)#見(jiàn)圖6以示意圖方式示出包括才艮據(jù)圖1或2的矩形波導(dǎo)組件的天線 系統(tǒng)的頂視圖，其中，所有第一T/R單元向單個(gè)波導(dǎo)々貴送，并且還示 出波導(dǎo)組件中的功率分配^^莫式；圖7以示意圖方式示出用于根據(jù)圖7的波導(dǎo)組件，包括波導(dǎo)之間 側(cè)壁中的孔徑的分配:&置；
圖8以示意圖方式示出包括根據(jù)圖1或2的矩形波導(dǎo)組件的天線 系統(tǒng)的頂視圖，其中，第一T/R單元向所有波導(dǎo)4t送，以及其中；
圖9以示意圖方式示出根據(jù)圖6或8的天線系統(tǒng)的前視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例、用于機(jī)載雷達(dá) 系統(tǒng)的天線系統(tǒng)1。天線系統(tǒng)1包括多個(gè)第一天線元件2和微波功率 分配系統(tǒng)3，該微波功率分配系統(tǒng)包括設(shè)置為將微波功率從微波生成 器5分配到第一天線元件2的多個(gè)第一T/R單元4。圖1中的微波功 率分配系統(tǒng)3包括耦合到多個(gè)第二天線元件7的偏振波導(dǎo)6的平面組 件，該多個(gè)第二天線元件7以基本上垂直于多個(gè)第一天線元件2的角 度定向。第一 T/R單元4設(shè)置用于經(jīng)波導(dǎo)6組件直接將微波能量分配 到第一天線元件和從第一天線元件分配微波能量以及間接地將微波 能量分配到第二天線單元2， 7和從第二天線單元2， 7分配微波能量。
天線系統(tǒng)包括背側(cè)單元8，該單元具有在高度方向Z和縱向X上 延伸的兩個(gè)相對(duì)長(zhǎng)側(cè)9和在橫向Y和高度方向Z上延伸的兩個(gè)相對(duì)短 側(cè)10以及各在縱向X和橫向Y上延伸的上側(cè)11和相對(duì)的底側(cè)12。 方向X、 Y和Z的提及只是為了便于描述和理解本發(fā)明，并且在圖1 中示為正交系統(tǒng)。應(yīng)注意，背側(cè)單元不必是矩形箱體，而是可包括具 有非平面擴(kuò)展的側(cè)。例如，上側(cè)11可在橫向上采用一定的圓頂型或
彎曲橫截面。波導(dǎo)6因而可遵循上側(cè)11的形狀，或者可沿不同的外 形設(shè)置。
在圖1中，偏振波導(dǎo)6組件安裝在背側(cè)單元8的頂部上，即，在 背側(cè)單元8的上側(cè)11上。波導(dǎo)6組件可備選定位在背側(cè)單元8的底 側(cè)12處或在背側(cè)單元8內(nèi)。在圖1中，背側(cè)單元8安裝到飛機(jī)13的 頂部上，使得飛機(jī)13的縱向與背側(cè)單元的縱向一致。飛機(jī)13在其余
9圖形2-9中未示出以便將圖形中的部件數(shù)量降到最低。然而，背側(cè)單 元8要安裝到具體而言在空中高速移動(dòng)的裝置上。高速部件很重要， 因?yàn)樗跉鈩?dòng)特性(如氣動(dòng)阻力)及溫度和由于例如雨水和砂蝕等原因 造成的磨損方面對(duì)天線系統(tǒng)提供了高要求。
在圖1中，第一天線元件2至少縱向地定位在背側(cè)單元8的每個(gè) 長(zhǎng)側(cè)9上，并且第二天線元件7與短側(cè)10之一或兩個(gè)短側(cè)10連接地 定位。圖1示出安裝到背側(cè)單元8的兩個(gè)短側(cè)10上的天線裝置18。 天線裝置18包括連接到波導(dǎo)6的第二天線元件7。下面將進(jìn)一步描述 天線裝置18。
在圖1中，第一T/R單元4定位在背側(cè)單元8內(nèi)，但它們可定位 在背側(cè)單元8外的位置處，例如，在飛機(jī)13內(nèi)。第一T/R單元4經(jīng) 常稱(chēng)為T(mén)/R模塊，并且它們可用于在傳輸時(shí)段期間將RF信號(hào)從微波 生成器6饋送到天線元件2， 7,并且在偵聽(tīng)時(shí)段期間關(guān)閉能量饋送時(shí) 從天線元件2， 7接收RF信號(hào)。在第一傳輸時(shí)段期間，第一T/R單元 4經(jīng)例如流電(galvanic)耦合或通過(guò)使用無(wú)連接電》茲耦合，將RF信 號(hào)從電源饋送到第一天線元件2。
在第二傳輸時(shí)段期間，第一 T/R單元4將能量從電源饋送到波導(dǎo) 6，而波導(dǎo)6又將RF信號(hào)饋送到在前部或后部中的第二天線元件7。 從第一 T/R單元4到波導(dǎo)6的能量饋送可通過(guò)任何合適的部件完成， 例如通過(guò)使用流電導(dǎo)體，即，柔性電纜或諸如此類(lèi)將T/R單元4與用 于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁微波信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置連接。微波信號(hào)由轉(zhuǎn)換裝 置饋送到波導(dǎo)，在波導(dǎo)中微波信號(hào)以已知方式傳播。來(lái)自T/R單元4 的能量也可通過(guò)無(wú)連接電磁耦合饋送到波導(dǎo)。
在偵聽(tīng)時(shí)段期間，天線元件2， 7接收已從例如目標(biāo)等物體反射的、 以前發(fā)出的返回電石茲功率。在偵聽(tīng)時(shí)"R期間，孩t波功率分配系統(tǒng)3包 括用于將返回微波功率饋送到接收器以便在雷達(dá)系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)處 理的部件。關(guān)于第二天線元件7，波導(dǎo)6構(gòu)造用于將返回微波能量直 接饋送到接收器或饋送到變換裝置，由變換裝置將波導(dǎo)6中的電f茲信號(hào)變換成電纜中的電信號(hào)以便進(jìn)一步將微波能量饋送到接收器。應(yīng)注 意的是，掃描時(shí)段可包括多個(gè)傳輸和接收時(shí)段。
在圖1中，分配系統(tǒng)3包括#>據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的水平偏4展
矩形波導(dǎo)6的組件。波導(dǎo)6不限于矩形橫截面，而是可具有適合引導(dǎo) 微波的任何幾何形狀橫截面，例如，圓形、橢圓形或脊形。然而，以 下說(shuō)明參考矩形波導(dǎo)以便與附圖符合，但應(yīng)理解任何種類(lèi)的幾何形狀 可能替代矩形橫截面。
此外，波導(dǎo)不限于水平偏振波導(dǎo)6，而是在圖2所示的第二實(shí)施 例中可以為垂直偏振矩形波導(dǎo)的形式。本發(fā)明不限于兩個(gè)實(shí)施例，但 它們只是形成示例。波導(dǎo)因而可以是圓偏振或以任何其它合適的方式 偏振。
圖3以示意圖方式示出根據(jù)圖l或2、長(zhǎng)度不同的矩形波導(dǎo)6組 件的頂視圖。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于與同等長(zhǎng)度波導(dǎo)相比，波導(dǎo)系統(tǒng)6 的重量被減輕。然而，波導(dǎo)6在另一實(shí)施例中可以同樣長(zhǎng)或基本上同 樣長(zhǎng)，例如，參見(jiàn)圖1、 2、 6、 8或9中的任何圖形。
圖4以示意圖方式示出根據(jù)圖1、正從^f效波功率生成器5饋送電 磁功率的水平偏振矩形波導(dǎo)組件的前(或后)一見(jiàn)圖。在圖4中，通過(guò)使 用包括磁性、電氣或適用于以任何其它合適方式發(fā)射/轉(zhuǎn)換能量的探針 14的轉(zhuǎn)換裝置，向波導(dǎo)6饋送微波信號(hào)。 圖5以示意圖方式示出根據(jù)圖2、正通過(guò)探針14從微波生成器饋 送電磁功率的垂直偏振脊形波導(dǎo)組件的前(或后)3見(jiàn)圖。如上所述一樣， 從現(xiàn)有技術(shù)已知可在本發(fā)明上應(yīng)用的大量波導(dǎo)饋送技術(shù)。
能量到波導(dǎo)6的饋送需要受到控制，以便控制波導(dǎo)6中的相移以 在飛機(jī)的前向或后向上引導(dǎo)能量。因此，T/R單元的相位增量需要設(shè) 定以便在所需方向上具有有幫助的能量添加。因此，控制裝置(未示出) 包括在天線系統(tǒng)中以控制第一和第二天線元件2， 7。
圖6以示意圖方式示出包括根據(jù)圖l或2的矩形波導(dǎo)6組件的天 線系統(tǒng)l的頂視圖，其中，所有第一 T/R單元4向單個(gè)專(zhuān)用波導(dǎo)6a饋送。微波功率經(jīng)孔徑(未示出)分配到相鄰波導(dǎo)6b。在圖6中，示出 了多個(gè)箭頭，顯示了波導(dǎo)組件中的功率分配模式。波從專(zhuān)用波導(dǎo)6a 在橫向Y上向最外圍波導(dǎo)分配。信號(hào)傳播預(yù)期是在波導(dǎo)組件的縱向， 即，在從端到端的方向上，并只在末端部分處利用。
在圖6中，中央波導(dǎo)6a是專(zhuān)用波導(dǎo)，但波導(dǎo)組件中的任何其它波 導(dǎo)可指定為由所有第一T/R單元4饋送的專(zhuān)用波導(dǎo)6a。在圖6中示出 了分配系統(tǒng)3包括設(shè)置在波導(dǎo)組件6每個(gè)末端處的兩個(gè)相移裝置16 線性組件(linear assembly)。 一個(gè)相移裝置16定位在每個(gè)波導(dǎo)6的每個(gè) 末端處。相移裝置16可以是現(xiàn)有技術(shù)已知的任何類(lèi)型，例如，鐵氧 體相移裝置。相移裝置16可安裝在波導(dǎo)6的末端上，或者可插入波 導(dǎo)6的末端部分。
圖6中所示實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是高度^^塊化和低成本的設(shè)計(jì)。例如， 在波導(dǎo)6組件與每個(gè)第一 T/R單元4之間只需要設(shè)計(jì)一個(gè)饋送轉(zhuǎn)移 (feed transition),例如，上述探針。它不提供前瓣/后瓣的掃描的可能 性，而不在波導(dǎo)末端處使用另外的相移器線性組件，這是因?yàn)樵谝粋€(gè) 波導(dǎo)中的相位將由相鄰饋送波導(dǎo)的相位確定。然而，實(shí)施例具有的優(yōu) 點(diǎn)在于整個(gè)波導(dǎo)組件6可與背側(cè)單元8分開(kāi)制造，并且隨后可通過(guò)簡(jiǎn) 單的部件輕松地安裝到已經(jīng)存在的背側(cè)單元上，并連接到已經(jīng)存在的 第一T/R單元4。
在圖6中，以示意圖方式示出在X-Y平面中方位掃描中的瓣17。 瓣基本上在前向X上延伸，并且掃描在橫向Y上執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的天線裝置允許通過(guò)使用相移裝置16來(lái)控制第二天 線元件，在X-Y平面中進(jìn)行方位掃描。瓣基本上在前向X上延伸， 并且掃描在橫向Y上執(zhí)行。如上所述，微波功率正經(jīng)波導(dǎo)6饋送到第 二天線元件，并且控制裝置控制前向或后向的第一T/R單元4。隨后， 通過(guò)使用控制相移裝置16的控制裝置形成方位掃描，使得能量由第 二天線元件7引導(dǎo)用于X-Y方向上的掃描。第二天線元件7設(shè)置為覆 蓋前部扇區(qū)，并且在適當(dāng)情況下覆蓋第一天線元件無(wú)法掃描的后部扇
12區(qū)。
第 一天線元件2可用于掃描2倍角度a (2xa)的扇區(qū)，并且第二天 線元件7可用于掃描2x(90。-a)的扇區(qū)。在圖6中，角度a指在橫向Y， 即在基本上與背側(cè)單元8的縱向X垂直的方向上延伸的法線N與線L 之間的角度。角度a的范圍在法線N與縱向X上的切線T之間。天 線系統(tǒng)l因而可用于在X-Y平面中掃描360。。能作為示例提及的是， 如果第一天線元件覆蓋120。的扇區(qū)，即，在背側(cè)單元8每側(cè)上的60° 的2倍，并且第二天線元件覆蓋60。的扇區(qū)，即，在前向和后向上30。 的2倍。
圖7以示意圖方式示出根據(jù)圖6的波導(dǎo)組件，包括波導(dǎo)6之間的 側(cè)壁中用于微波功率橫向分配的孔徑的分配設(shè)置?？讖?5可以是槽， 或者任何其它合適的通孔。
圖8以示意圖方式示出包括才艮據(jù)圖1或2的矩形波導(dǎo)組件的天線 系統(tǒng)的頂-見(jiàn)圖，其中，第一T/R單元4向所有波導(dǎo)6饋送。此處，第 一T/R單元4的子集(即，多個(gè)第一T/R單元)連接到每個(gè)波導(dǎo)。然而， 所有波導(dǎo)6由第一T/R單元4饋送。波導(dǎo)的饋送點(diǎn)必須服從某些相位 關(guān)系以便有效傳播的事實(shí)并不禁止能將任意值賦予波導(dǎo)6之間的相 位。因此，前部和/或后部掃描可能實(shí)現(xiàn)而無(wú)需額外的相移裝置16。 此解決方案避免了與相移裝置16相關(guān)聯(lián)的成本和重量。然而，第一 T/R單元4的相位要由控制裝置靈活控制以便能夠控制波導(dǎo)6群集中 微波信號(hào)的傳播方向?？刂蒲b置因此根據(jù)選定算法控制第一 T/R單元 4,提供對(duì)傳播方向的控制。
波導(dǎo)組件6可以與結(jié)合圖6所述的波導(dǎo)組件相同的方式單獨(dú)制造。 然而，在分別結(jié)合圖6和8所述的兩個(gè)實(shí)施例之間的一個(gè)不同之處在 于結(jié)合圖8所述的實(shí)施例要具有到所有波導(dǎo)的饋送轉(zhuǎn)移，例如，通過(guò) 上述探針。然而，由于圖6中的相移裝置16不是必需的，因此，圖8 所示的實(shí)施例也具有高度模塊化和低成本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
此外，在圖8所述實(shí)施例中，第一和第二天線元件2， 7的定位使
13得天線系統(tǒng)1能受到控制以通過(guò)如結(jié)合圖6所述在第一天線元件2與 第二天線元件7之間交替，覆蓋360。方位掃描。
應(yīng)注意的是，每個(gè)第一 T/R單元4直接耦合到背側(cè)單元8每個(gè)長(zhǎng) 側(cè)上的側(cè)視第一天線元件4，但第一 T/R單元4經(jīng)波導(dǎo)6間接耦合到 第二天線元件7。由于至少多個(gè)笫一 T/R單元4切換到多個(gè)波導(dǎo)6, 因此，第一T/R單元之間的相位可受到控制，使得在波導(dǎo)6中來(lái)自第 一T/R單元的通用信號(hào)在前向或后向上饋送。因此，第一T/R開(kāi)關(guān)可 受到控制，使得天線系統(tǒng)可在背側(cè)單元8的所有側(cè)上執(zhí)行掃描。
圖9以示意圖方式示出根據(jù)圖6或8的天線系統(tǒng)的前視圖。天線 系統(tǒng)1包括連接到短側(cè)IO之一或兩個(gè)短側(cè)IO地安裝并在高度方向Z 上延伸的天線裝置18。天線裝置18優(yōu)選基本上相互平行定位，它們 之間有選定的距離Dl。選定的距離Dl可根據(jù)天線系統(tǒng)1的所需性能 和將氣動(dòng)阻力降到最低來(lái)決定。應(yīng)注意的是，這是涉及所需性能的中 心到中心距離，并且是與涉及阻力的中心到中心距離相關(guān)的距離Dl。 第二天線元件7包括在天線裝置18中，并且優(yōu)選成一排地定位在每 個(gè)天線裝置18中，即，在高度方向Z上一個(gè)接一個(gè)串聯(lián)。
天線裝置18可直接安裝到短側(cè)10上，或者可經(jīng)支架19安裝到背 側(cè)單元。天線裝置也可經(jīng)支架19互連，使得天線裝置形成易于安裝 到已經(jīng)存在的背側(cè)單元的單獨(dú)單元。天線裝置通過(guò)任何已知的部件連 接到波導(dǎo)，例如，通過(guò)無(wú)連接連接器部件或流電連接器部件。天線裝 置18的數(shù)量與波導(dǎo)的數(shù)量如此相關(guān)，即，使得每個(gè)波導(dǎo)6有一個(gè)天 線裝置與其連接。使用天線裝置18的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在將氣動(dòng)阻力保 持到最小的同時(shí)，增大了有效的天線孔徑面積。增大的有效天線孔徑 面積提供了增大增益的可能性，及因此提供了形成更多窄瓣17以更 好地檢測(cè)目標(biāo)的可能性。
此外，天線裝置18連接到波導(dǎo)6，使得第一T/R單元4供應(yīng)的微 波功率能由天線系統(tǒng)如此分配，即，使得根據(jù)上文的方向掃描 (azimuthal scan)(由雷達(dá)系統(tǒng)在從短側(cè)10之一或兩個(gè)短側(cè)10向外的方向上執(zhí)行，即，背側(cè)單元安裝到飛機(jī)上時(shí)在飛機(jī)的前向和/或后向上執(zhí) 行。
在又一實(shí)施例中，第二天線元件7連接到定位在波導(dǎo)6與第二天 線元件7之間的第二 T/R單元20。第二 T/R單元20設(shè)置為由控制單 元控制。第一 T/R單元4供應(yīng)的微波功率經(jīng)波導(dǎo)6饋送到第二 T/R單 元20。第二T/R單元20由控制單元如此控制，即，使得第二天線元 件7之間的相位增量^是供在從短側(cè)IO之一或兩個(gè)短側(cè)10向外的方向 上的仰角掃描，即，背側(cè)單元安裝到飛機(jī)上時(shí)在飛機(jī)的前向和/或后向 上的仰角掃描。天線系統(tǒng)1因此可使用第一T/R單元4進(jìn)行方位掃描， 并使用第二 T/R單元進(jìn)行仰角掃描。
上述掃描通過(guò)以從現(xiàn)有技術(shù)熟知的方式控制第 一 和/或第二 T/R 單元20來(lái)控制不同天線元件中的相位來(lái)進(jìn)行，并且將不再詳細(xì)解釋。
天線裝置18可以多種不同方式實(shí)現(xiàn)。例如，每個(gè)天線裝置18包 括分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在橫向上包括與多個(gè)第二天線元件7相鄰定位的 非傳導(dǎo)層22上的導(dǎo)電層21及在天線元件7的另一側(cè)上覆蓋有傳導(dǎo)層 24的第二非傳導(dǎo)層23。天線裝置18的大小取決于天線系統(tǒng)的預(yù)期使 用，即，包括天線系統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)的預(yù)期使用。
下面是適合機(jī)載S頻帶雷達(dá)的天線裝置的示例測(cè)量是10毫米 乘以IOO毫米乘以可小于、等于或大于背側(cè)單元高度的高度。天線裝 置間隔有根據(jù)例如發(fā)射的微波的波長(zhǎng)等多個(gè)參數(shù)選定的距離 Dl=70-80毫米。間隔因此要根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
如在圖8中能看到的一樣，天線裝置18形成天線裝置18組件， 從而形成天線。以提議的方式使用此類(lèi)薄天線裝置18的一個(gè)益處在 于天線可在橫向上延伸到背側(cè)單元外而不會(huì)大大增加氣動(dòng)阻力。在前 向和/或后向上延伸天線系統(tǒng)的橫截面的可能性是本發(fā)明的 一個(gè)重大 益處，這是因?yàn)樘炀€裝置越多，天線系統(tǒng)在橫向上越寬，可形成的瓣 就越窄。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)在于空氣垂直舵穩(wěn)定器(dorsal fm)組件薄、輕，并且無(wú)需移動(dòng)零件，因此有利地替代了以前熟知的AWACS旋轉(zhuǎn)罩形 天線。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而是可在隨附權(quán)利要求范圍內(nèi)變化。 例如，結(jié)合圖6和8所述的實(shí)施例可組合在一起，使得通過(guò)多個(gè)第一 T/R單元將微波功率饋送到多個(gè)波導(dǎo)，以及其中通過(guò)經(jīng)波導(dǎo)壁中的孔 徑的分配，向未由第一T/R單元直接饋送的其余波導(dǎo)饋送。然而，所 有實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)使用包括零件集合的易于制造和組裝的 構(gòu)造，從每個(gè)T/R模塊到背側(cè)單元中、上方或下方的一系列波導(dǎo)的部 分功率，合計(jì)RF功率能傳送到背側(cè)單元的任一末端(前/后)，效果卻 無(wú)大的損失。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的天線系統(tǒng)(1)，所述天線系統(tǒng)(1)包括多個(gè)第一天線元件(2)和微波功率分配系統(tǒng)(3)，所述微波功率分配系統(tǒng)(3)包括耦合到所述第一天線元件(2)以便將微波功率分配到所述第一天線元件(2)的多個(gè)第一T/R單元(4)，其特征在于所述微波功率分配系統(tǒng)(3)包括耦合到以基本上垂直于所述多個(gè)第一天線元件(2)的角度定向的多個(gè)第二天線元件(7)的波導(dǎo)(6；6a；6b)組件，其中所述第一T/R單元(4)耦合到所述波導(dǎo)(6；6a)以便將微波能量分配到所述第二天線元件(7)。
2. 如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)(l),其特征在于所述天線系統(tǒng)(l) 包括背側(cè)單元(8),所述背側(cè)單元具有在高度方向(Z)和縱向(X)上延伸 的兩個(gè)相對(duì)長(zhǎng)側(cè)(9)和在橫向(Y)和高度方向(Z)上延伸的兩個(gè)相對(duì)短側(cè)其中所述波導(dǎo)(6; 6a; 6b)組件安裝在所述背側(cè)單元(8)的上側(cè)(ll)上和/ 或底側(cè)(12)上和/或所述背側(cè)單元(8)內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求2所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述第一天線 元件(2)至少在縱向上(X)定位在所述背側(cè)單元(8)的每個(gè)所述長(zhǎng)側(cè)(9) 上，以及在于所述第二天線元件(7)與所述短側(cè)(10)之一或兩個(gè)所述短 側(cè)連^"地定位。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述天線 系統(tǒng)(1)包括與所述波導(dǎo)(6; 6a; 6b)連接地安裝并在所述高度方向(Z) 上延伸的天線裝置(l8),其中所述第二天線元件(7)包括在所述天線裝 置(18)中。
5. 如權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)(l),其特征在于所述天線裝置 (18)與所述短側(cè)(10)之一或兩個(gè)所述短側(cè)(10)連接地安裝并在所述高 度方向(Z)上延伸，其中所述第二天線元件(7)包括在所述天線裝置(l8) 中。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述天線 裝置(18)基本上相互平行地定位。
7. 如權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述天 線裝置(18)連接到所述波導(dǎo)(6; 6a; 6b)，使得所述第一 T/R單元(4)供 應(yīng)的微波功率能夠以這樣一種方式由所述天線系統(tǒng)(l)分配，即使得方 位掃描由所述雷達(dá)系統(tǒng)在從所述短側(cè)之一向外或兩個(gè)所述短側(cè)向外 的方向上執(zhí)行，即，在所述背側(cè)單元(8)安裝到飛機(jī)(13)上時(shí)在飛機(jī)的 前向和/或后向上#1行。
8. 如權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述第 二天線元件(7)在所述高度方向上一個(gè)接一個(gè)串聯(lián)地定位在所述天線 裝置(18)中。
9. 如權(quán)利要求8所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述第二天線 元件(7)連接到第二 T/R單元(20),所述第二 T/R單元設(shè)置為以這樣一 種方式得到控制，即，使得所述第一T/R單元(4)供應(yīng)的微波功率能由 所迷天線系統(tǒng)(l)以這樣一種方式分配，即，使得仰角掃描由所述雷達(dá) 系統(tǒng)在從所述短側(cè)(10)之一向外或兩個(gè)所述短側(cè)(10)向外的方向上執(zhí) 行，即，所述背側(cè)單元(8)安裝到飛機(jī)(13)上時(shí)在所述飛機(jī)(13)的前向 和/或后向上執(zhí)行。
10. 如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(1)，其特征在于所述 第 一天線元件(2)連接到所述第一 T/R單元(4)，使得所述第一 T/R單元 (4)供應(yīng)的微波功率能由所述天線系統(tǒng)(1)以這樣一種方式分配，即，使 得方位掃描由所述雷達(dá)系統(tǒng)在從所述長(zhǎng)側(cè)(9)之一向外或兩個(gè)所述長(zhǎng) 側(cè)(9)向外的方向上執(zhí)行，即，所述背側(cè)單元(8)安裝到飛機(jī)(13)上時(shí)在 所述飛機(jī)(13)的橫向(Y)上執(zhí)行。
11. 如前面權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l),其特征在于所述 天線系統(tǒng)(l)包括用于控制所述第一 T/R單元(4)，并由此控制所述第一 天線元件與所述第二天線元件(2， 7)之間的微波功率的相移的控制裝 置。
12. 如前面權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述 分配系統(tǒng)(3)中的一個(gè)專(zhuān)用波導(dǎo)(6a)連接到所有所述第一 T/R單元(4)， 其中所述波導(dǎo)(6; 6a; 6b)包括電磁性連接相鄰波導(dǎo)(6b)的孔徑(15),使 得所述微波功率在所述分配系統(tǒng)(3)中從所述專(zhuān)用波導(dǎo)(6a)分配到其余 其余波導(dǎo)(6b)。
13. 如權(quán)利要求12所述的天線系統(tǒng)(1)，其特征在于所述孔徑(15) 位于所述波導(dǎo)(6; 6a; 6b)的壁中以便橫向分配所述微波功率。
14. 如權(quán)利要求12或13任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(1)，其特征在于 所述分配系統(tǒng)(3)包括定位在每個(gè)波導(dǎo)(6; 6a; 6b)每個(gè)末端處以實(shí)現(xiàn)每 個(gè)波導(dǎo)(6; 6a; 6b)中微波功率的相移的相移裝置(16)。
15. 如權(quán)利要求l-ll任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述 分配系統(tǒng)(3)中的每個(gè)波導(dǎo)(6; 6a; 6b)連接到至少所述第一 T/R單元(勺 之一。
16. 如前面權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l),其特征在于所述 第一天線元件和第二天線元件(2, 7)的定位使得所述天線系統(tǒng)(1)能被 控制為通過(guò)所述第 一天線元件(2)與所述第二天線元件(7)之間的交替 覆蓋360。方位掃描。
17. 如前面權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)(l)，其特征在于所述 波導(dǎo)(6; 6a; 6b)在橫向上偏振或在高度方向上偏振。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的天線系統(tǒng)(1)。天線系統(tǒng)(1)包括多個(gè)第一天線元件(2)和微波功率分配系統(tǒng)(3)，該微波功率分配系統(tǒng)(3)包括耦合到第一天線元件(2)以便將微波功率分配到第一天線元件(2)的多個(gè)第一T/R單元(4)。本發(fā)明的特征在于微波功率分配系統(tǒng)(3)，其包括耦合到以基本上垂直于多個(gè)第一天線元件(2)的角度定向的多個(gè)第二天線元件(7)的波導(dǎo)(6；6a；6b)組件，其中第一T/R單元(4)耦合到波導(dǎo)(6；6a)以便將微波能量分配到第二天線元件(7)。
文檔編號(hào)H01Q21/28GK101589510SQ200680056669
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者A·胡克 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司