前視/後視機載雷達的製作方法

2023-05-29 04:34:26 2

專利名稱：前視/後視機載雷達的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於機載雷達系統的天線系統。天線系統包括脊背(dorsal)單元，其具有沿高度方向和縱向方向擴展的兩個相對的長 側面(long side)，和沿4黃向方向和高度方向擴展的兩個相對的短側 面(short side)，以及與底面相對的頂面(upper side ),每個面沿縱 向方向和橫向方向擴展。天線系統包括天線裝置。
背景技術：
在用於飛機的雷達設備的領域中，已知使用被定位在飛機機體上 並且沿飛才幾的縱向方向延伸(即，從前部到後部的方向)的脊背單元。 脊背單元包括沿脊背單元的縱向方向定位的多個側視天線元件，以用 於側視用途。脊背裝置的一個問題在於，雷達在不具有被放置在脊背 單元的前面和後面的附加天線元件的情況下，不能在前向方向和後向 方向上7見看。現有技術文檔專利號US-5923302涉及在脊背單元的頂部的、具 有單極子的端射陣列。這個解決方案的問題在於，它在天線性能方面 受到限制，在複雜的電磁設計過程、錯綜的掃描控制和複雜的製造方 面是昂貴的。而且，這個解決方案導致不期望的向上的波瓣傾斜，除 非地平面朝著脊背單元的末端向下彎曲。在現有技術中還已知使用在飛機前端處的單獨天線來向前觀看， 以及使用在後面的某個地方的球形天線罩內部的天線來向後觀看。給 額外的雷達系統裝備這些天線的解決方案具有成本高的缺點。可替換地，被連接到通常的雷達的前視和後視天線的缺點在於， 從雷達到前視/後視天線必須牽引長的高功率RF饋線。該解決方案變 得不必要地笨重，並且它妨礙在前端處的天線罩中安裝其他重要傳感 器的可能性。因此，利用由現有T/R單元輸送的功率的輕型解決方案 將是優選的。因此，需要一種雷達系統中的天線解決方案，提供不用可動部件 的完全覆蓋(360。)、最小化的阻力(drag)、最小化的重量、最小化的系統尺寸、低成本、高增益和電掃描能力，以及在雷達系統中的天線 系統在前視和/或後視能力方面的性能的總體改進。

發明內容
本發明涉及用於飛機的雷達系統的天線系統。天線系統包括沿縱 向方向、橫向方向和高度方向擴展的脊背單元。脊背單元包括沿高度 方向和糹從向方向擴展的兩個相對的長側面，和沿糹黃向方向和高度方向 擴展的兩個相對的短側面，以及與底面相對的頂面，每個面沿縱向方 向和橫向方向擴展。當脊背單元被安裝在飛機上時，所述縱向方向基 本上與飛機的縱向方向 一致。用於側視雷達系統的脊背單元包括被定 位在脊背單元的每個長側面上的並且沿脊背單元的縱向方向的多個 第一天線元件。天線系統包括微波功率分配系統，該微波功率分配系 統包括被定位在脊背單元內部並且被安排來向天線元件饋送微波功 率和從天線元件接收微波功率的多個第一傳送-接收單元(此後，稱為
T/R單元)。該功率分配系統被安排來分配樣i波功率。
本發明的特徵在於，天線系統包括結合(in connection to) —個 短側面或兩個短側面而被安裝的並且沿高度方向延伸的間隔開的天 線裝置的組件，其中每個天線裝置包括波導板。通過覆蓋和優選地利 用多個平面波導板來擴展脊背單元的前和/或後投影，得到有利的高天 線性能，而不會引入過度的氣動阻力。波導板具有基本上沿高度方向 的擴展，以及可以垂直地延伸或可以以與垂直延長線或面相夾的某角 度延伸。天線裝置優選地被間隔開通過所述要求所確定的距離，即， 前#見和後一見天線能夠以不出現4冊瓣的方式在前向和後向扇區(sector) 中進行掃描。
另一個優點在於，天線系統可被設計成使得可以通過使用已被包 括在脊背單元中的第一 T/R單元而向天線裝置饋送微波能量。天線裝 置因此可以傳送由沿脊背單元的所有第一 T/R模塊產生的全部功率， 以便利用所有的微波功率在前向和後向上進行水平掃描。因此，所述 解決方案不需要額外的T/R模塊，這是為什麼天線裝置的組件能夠被 安裝在已有脊背單元而不用對脊背單元進行較多重新設計的原因。
波導板還包括第二天線元件，其被耦合到被包括在波導板中的第 二波導，並且被安排來把往來於至少一個求和點的功率分配到第二天線元件。
第一 T/R單元由控制單元如此控制，以使得波導板與其他波導板 無關地被饋送以微波功率，以便控制在不同的天線裝置之間的相位和振幅。
在本發明的一個實施例中，每個天線裝置包括包裹(encase)波 導板的氣動外殼。使用氣動外殼的一個優點在於，可以根據上述的方 法以氣動阻力的最小增加量實現前向掃描和/或後向掃描。
外殼可包括包圍波導板的泡沫狀材料。泡沫狀材料應當形成穩定 的高速條件，同時應當是輕型的。材料有利地是硬的，能承受機械應 力，是輕型的，具有低的電損耗，並且有利地具有接近於1的相對介 電常數。
泡沫狀材料的使用給予低成本和輕型天線裝置以高的氣動性能， 而不用向脊背單元的重量增加很多重量。
外殼可包括表面層，用來包裹用於環境保護的泡沫狀材料。表面 層可包括金屬表皮(skin),提供用於實現增強方向性的接地面，其 中表面層包括沿高度方向(即沿垂直方向)的縫隙。
天線裝置還可包括包圍波導板的RF透明外殼。第二天線元件被 包括在外殼內，在縱向方向從波導板突出，以用於方向性的目的。這 裡，"縱向"是指與當脊背單元被安裝在飛機上時的縱向方向 一致的方 向。第二天線元件還可包括無源或有源結構。
天線系統可包括支撐結構，用於把天線裝置附著到脊背單元並用 於相對於脊背單元將天線裝置保持在適當位置。支撐結構可包括第三 波導，用於把微波功率經由連接器饋送到波導板。
在 一 個實施例中，微波功率分配系統有利地可包括被安裝在脊背 單元的頂面和/或底面上和/或在脊背單元內部的極化的第一波導的組 件。天線裝置被連接到第一波導，以使得由第一 T/R單元供應的微波 功率能夠被如此分配成以使得在前向和/或後向扇區中方位掃描能夠 由雷達系統來執行。掃描是通過以現有技術已知的方式控制第一 T/R 單元而控制在天線元件之間的微波功率的相位而進行的。本發明的目 的因此是允許在不使用在飛機的前端處的天線和在飛機尾部的天線 罩中的天線的情況下掃描前波瓣和/或後波瓣，或使用上述也不是很令 人滿意的解決方案和在US-5923302中描述的端射解決方案。實施例的一個好處在於，第一波導組件能夠以低成本來設計和制 造。另外的優點在於，它比起從現有技術已知的前端的和/或尾部的天 線是更便宜的和更輕的。第一波導的另一個優點在於，被集成到飛機 中變得更易於執行。
而且，與在US-5923302中描述的天線系統共享以下的優點，即， 沒有很大的重量加到脊背單元重量上，並且第一波導組件能夠被安裝 在脊背單元上，而不用對現有脊背單元進行較多重新設計。再者，由
於第一波導基本上在脊背單元的整個長度上延伸，所以第一波導可被 用於饋送能量給前和後天線元件。再者，第一波導和天線裝置形成可 以容易地在原地直接安裝在現有脊背單元上的一組部件，並且彼此連 接，並且被連接到已有裝置，例如第一T/R單元。第一T/R單元可以 通過把所有的第一 T/R單元連接到專用第一波導而被耦合到第一波 導，以及給相鄰的第一波導配備以口徑(aperture)，以便允許專用第 一波導中的電磁信號傳送到其餘的第一波導。在可替換的實施例中， 一個T/R單元被耦合到一個第一波導，並且第一波導和T/R單元的數 目是相同的。在再一個實施例中，幾個T/R單元(比如"i兌NT/R個T/R 單元)被耦合到NFW(i個第一波導中的每一個，這樣，Nt/r乘以NFWG 近似等於NT/R,T0T。由於Nfwg等於Nad (天線裝置的數目)，所以該 近似關係式也可以 一皮表示為Nt/r=NT/r，tot/Nad。
然而，本發明比起在US-5923302中描述的裝置具有以下優點 它在電磁設計過程方面是便宜的，它不需要錯綜的掃描控制，也不需 要複雜的製造。而且，本發明並不引起不希望的向上的波瓣傾斜。再 者，本發明可被設計成在波瓣寬度和掃描性方面更好的和更可控的天 線性能。
組件可以具有在橫向方向的平面擴展，但也可以具有稍微圓頂狀 的或彎曲的截面，但也可以被以交錯的方式排列，即，鋸齒形的圖案，
其中多個第一波導部分地或全部在其他第一波導之上。
在一個實施例中，第二天線元件被連接到第二 T/R單元，第二 T/R 單元被安排成被如此控制，以使得由第一 T/R單元供應的微波功率能 夠 一皮天線系統如此分配，以使得由雷達系統在從 一 個短側面或兩個短 側面外出的方向上(in a direction out of)(即，當脊背單元^皮安裝在 飛才几上時在飛才幾的前向方向和/或後向方向上)扭^亍仰角掃描。根據本發明的天線系統因此可被使用來通過使用用於控制第一
T/R單元以平面上的相位增量把微波能量分別饋送到第一天線元件和
第二天線元件的控制單元而在通過橫向方向和縱向方向描述的平面
上進行360。方位掃描。第一 T/R單元因此可包括由控制單元控制的開 關裝置，以用於根據掃描的方向控制把微波能量饋送到第一天線元件 或第二天線元件。第一天線元件被使用來基本上在脊背單元的兩側進 行橫向掃描，而第二天線元件被用於前向和後向掃描。天線系統還可 以通過控制第二 T/R單元以高度方向上的相位增量把微波能量饋送到 第二天線元件而執行仰角掃描。
所闡述的優點和實施例在下面對發明的詳細說明中將變得很明顯。
附圖簡述
根據以下在附圖中給出的詳細說明，將更充分地理解本發明，這 些附圖僅僅作為實例被給出，因此並不用來限制本發明，其中


圖1示意地示出根據本發明的用於機載雷達系統的天線系統中的 微波功率分配系統的實施例；
圖2示意地示出根據本發明的微波功率分配系統； 圖3示意地示出根據本發明的天線系統的正視圖； 圖4示意地示出根據本發明的波導板的側視圖； 圖5a示意地示出根據本發明的第 一 實施例的天線裝置； 圖5b示意地示出根據本發明的第二實施例的天線裝置； 圖6示意地示出根據本發明的第三實施例的天線裝置的截面； 圖7a和7b示意地示出根據本發明的、用于波導板的連接器； 圖8 a示意地示出根據本發明的包括天線罩的天線系統的正視圖， 以及其中
圖8b示意地示出根據圖8a的天線系統的頂視圖。
具體實施例方式
圖1示意地示出根據本發明的用於機載雷達系統的天線系統1。 天線系統l包括多個第一天線元件2和微波功率分配系統3,微波功 率分配系統包括多個第一 T/R單元4,其被安排來把往來於微波接收器和發生器5的微波功率分配到第一天線元件2。圖1示意地講授了
微波功率分配系統3的有利實施例。在圖l中，功率分配系統3包括 極化的第一波導的平面組件6，其被耦合到以基本上垂直於多個第一 天線元件2的角度而導向(direct)的多個第二天線元件7。第一T/R 單元4被安排來用於把微波能量分配到第一和第二天線元件2、 7。
天線系統包括脊背單元8，它具有沿高度方向Z和縱向方向X擴 展的兩個相對的長側面9,和沿橫向方向Y和高度方向Z擴展的兩個 相對的短側面10，和與底面12相對的頂面11,每個面沿縱向方向X 和橫向方向Y擴展。方向X、 Y和Z僅僅是為了便於描述和理解本發 明而被提出的，它們在圖l上被示為正交系統。應當注意的是，脊背 單元不一定是矩形的方塊，而可以包括具有非平面擴展的側面。例如， 頂面11可以具有在橫向方向取的略孩i圓頂狀或彎曲的截面。第一波 導6然後可以遵循頂面11的形狀或可以被安排成具有不同輪廓。
在圖l上，極化的第一波導的組件6被安裝在脊背單元8之上(即， 在脊背單元8的頂面11上)。第一波導的組件6可以替換地被定位 在脊背單元8的底面12，或脊背單元8內。在圖1中，脊背單元8被 安裝在飛機13的頂部，這樣，飛機13的縱向方向與脊背單元的縱向 方向一致。飛機13在其餘的圖上被省略，以便圖上的特徵的數目最 小化。然而，脊背單元8旨在被安裝在以高速運動(優選地在空中) 的設備上。高速特徵是重要的，因為它在氣動特徵方面對於天線系統 施加了高要求，諸如氣動阻力以及升高的溫度和溼度(由於例如下雨 和沙侵蝕)。
在圖l上，第一天線元件2被至少縱向地定位在脊背單元8的每 個長側面9上，並且第二天線元件7結合一個短側面10或兩個短側 面10而被定位。圖1示出根據本發明的被安裝在脊背單元8的兩個 短側面IO上的天線裝置14。天線裝置14包括被連接到第一波導6的 第二天線元件7。天線裝置14將在下面被進一步描述。
在圖l中，第一 T/R單元4被定位在脊背單元8內，但它們可被 定位在脊背單元8以外的某位置處，例如在飛機13內。第一T/R單 元4常常被稱為T/R模塊，它用來在傳輸周期期間把來自微波發生器 5的RF信號饋送到天線元件2,7以及在接收周期期間接收來自天線元 件2,7的RF信號而同時關斷能量饋送。在第一傳輸周期期間，第一T/R單元4 4巴來自電源的能量經由例如電耦合或通過使用非接觸電；茲 耦合而饋送到第一天線元件2。在第二傳輸周期期間，第一T/R單元 4把來自電源的能量經由第一波導6饋送到第二天線元件7。從第一 T/R單元4饋送到第一波導6的能量可以通過任意適當的裝置，例如 通過使用電導體(即，將T/R單元4與用於把電信號變換成電磁微波 信號的過渡(transition)裝置相連接的軟電纜等)而完成。微波信號 由過渡裝置饋送到第一波導，在其中微波信號以已知的方式傳播。來 自T/R單元4的能量也可以藉助於非接觸電磁耦合被饋送到第一波 導。
在接收周期期間，天線元件2,7接收先前發出的、已經被從物體 (例如從目標)反射的返回的電磁功率。在收聽周期期間，微波功率 分配系統3包括用於將返回的微波功率饋送到接收器以便在雷達系統 中進行信號處理的裝置。關於第二天線元件7，第一波導6被構建成 把返回的微波能量直接饋送到接收器或轉換裝置，以用於把第一波導 6中的電磁信號轉換成在電纜中的電信號，以便把電磁能量進一步饋 送到接收器。
在圖1中，分配系統3包括水平極化矩形第一波導6的組件，但 可以採用垂直極化第 一 波導或圓極化第 一 波導或以任何適當方式極 化第一波導的形式。第一波導6不限於矩形截面，而是可以具有適合 於引導微波的任何幾何截面，例如圓形、橢圓形、和脊形。
圖2示意地示出根據本發明的微波功率分配系統3。圖1中的第 一波導6是在圖2中不可見的，並且應當注意，本發明不限於圖l的 第一波導6的使用。因此，第一波導可以用任何用於饋送微波信號的 適當裝置來替代。然而，第一波導的使用是有利的，因為天線系統的 更簡易的組件和出於輕型結構和上述的其他原因。
第一波導6均可以通過使用包括探針的變換裝置而被饋送以微波 信號，所述探針是磁的或電的或適於以任何其他適當方式傳送/變換能 量。然而，大量的第一波導饋送技術是現有技術已知的，這些現有技 術可應用於本發明。
對第一波導6的能量饋送需要被控制，以便控制第一波導6中的 相移，以便沿飛機的前或後方向引導能量。因此，需要設置T/R單元 的相位增量，以便在期望的方向上建設性地增加能量。所以，控制裝置(未示出)被包括在天線系統中，用於控制第一和第二天線元件2，7。
根據本發明的一個實施例， 一個專用第一波導6可以通過所有的 第一T/R單元4而被饋送以微波能量。微波功率經由口徑(未示出)被 分配到相鄰的第一波導6。這些波被從專用第一波導6a沿橫向方向Z 分配到最外圍的第 一波導。信號傳播旨在沿第 一波導組件的縱向方向 (即，沿從端到端的方向)，並且僅僅在末端扇區中被利用。
專用的第 一波導6可以是中心的第 一波導或任何其他第 一波導。 分配系統3包括相移裝置(未示出)的兩個線性組件，被安排在第一波 導組件6的每一末端。 一個相移裝置被定位在每個第一波導6的每一 末端。 一個相移裝置可以是現有技術已知的任何類型，例如，鐵氧體 相移裝置。相移裝置可以被安裝在第一波導6的末端或可被插入到第 一波導6的末端部分。
這個實施例的優點是高度模塊化和低成本設計。例如，只需要設 計一個饋送過渡，例如，在第一波導6組件與每個第一T/R單元4之 間的上述探針。在不使用在第 一 波導6末端處的附加移相器的線性組 件的情況下，它不提供掃描前/後波瓣的可能性，因為一個第一波導中 的相位將由相鄰的饋送第一波導的相位來確定。然而，所述實施例具 有以下優點整個第一波導組件6可以與脊背單元8分開地製造，然 後可以容易地安裝在已有的脊背單元上，並通過簡單的裝置連接到已 有的第一 T/R單元4。
根據本發明的天線裝置考慮到在X-Y平面上進行方位掃描。波瓣 基本上沿前向方向X延伸，而在橫向方向Y上執行掃描。方位掃描 是通過使用經由第 一波導6而被饋送以微波功率的第二天線裝置來產 生的。方位掃描已經通過使用用於控制根據以上的第一 T/R單元4和 移相裝置的控制裝置而被產生。第二天線元件7被安排成覆蓋前向扇 區，並且在適當的情形中，覆蓋不能由第一天線元件進行掃描的後向 扇區。第一天線元件2可被用來掃描2乘以角度a (2xa)的扇區，並 且第二天線元件7可被用來掃描2乘以角度2 x (90。-a)的扇區。這裡， 角度a是指沿橫向方向Y(即沿基本上垂直於脊背單元8的縱向方向X 的方向延伸的法線)與沿縱向方向的切線之間的角度。天線系統1因 此可被用來在X-Y平面上掃描360°。作為例子可以提到，如果第一天 線元件覆蓋120。的扇區，即2乘以在脊背單元8的每個側面上的60。，則第二天線元件覆蓋60。的扇區，即，2乘以在前向方向和後向方向上 的30。。
根據另 一個實施例，第一 T/R單元4對所有的第 一波導6進行饋 送。第 一 波導的饋送點必須服從用於高效傳播的某個相位關係的事實 並不妨礙在第一波導6之間的相位能夠被賦予任意值。因此，在沒有 額外的移相裝置的情況下，前向和/或後向掃描是可能的。這個解決方 案避免與移相裝置相關聯的花費和重量。然而，第一T/R單元4的相 位必須由控制裝置靈活地控制，以便能夠控制微波信號在第一波導6 的集群中的傳播的方向。所以，控制裝置根據所選擇的算法控制第一 T/R單元4，從而提供對傳播方向的控制。
第 一 波導組件6可以以與結合第 一 實施例描述的第 一 波導組件相 同的方式單獨地製造。然而，上述兩個實施例之間的一個差別在於， 後一個實施例必須具有到所有第 一波導的饋送過渡，例如通過上述的 探針。然而，由於移相裝置是不必要的，所以該實施例也具有高度模 塊化和低成本設計的優點。
另外，在後者實施例中，第一和第二天線元件2、 7被定位成使 得天線系統1能夠被控制成通過在第一天線元件2與第二天線元件7 之間進行交替而覆蓋360。方位掃描。
應當注意到，每個第一 T/R單元4被直接耦合到脊背單元8的每 個長側面上的側視第一天線元件4,而第一 T/R單元4經由第一波導 6被間接耦合到第二天線元件7。由於至少多個第一 T/R單元4被切 換到多個第一波導6,所以在第一 T/R單元之間的相位可被控制成使 得來自第一 T/R單元的共同的信號沿第 一波導6的前向或後向方向被 饋送。因此，第一T/R開關可被控制成使得天線系統可以在脊背單元 8的所有的面上執行掃描。
圖3示意地示出根據本發明的天線系統的正視圖。天線系統1包 括被結合一個短側面IO或兩個短側面10而被安裝的並且沿高度方向 Z延伸的天線裝置14。天線裝置14優選地基本上互相平行地定位， 在它們之間有所選擇的距離Dl。所選擇的距離Dl可以根據天線系統 1的期望性能並且根據氣動阻力最小化而被確定。應當注意的是，中 心到中心距離涉及到期望的性能，並且與中心到中心距離有關的距離 Dl涉及阻力。第二天線元件7被包括在天線裝置14中，並且優選地在每個天線裝置14中定位成一行，即，在高度方向Z上彼此連續地 (in series )定位。
天線裝置14可以被直接安裝在短側面(一個或多個)io或可以 經由支架15被安裝到脊背單元。天線裝置14也可以經由支架15而 被互連，以使得天線裝置形成容易安裝到已有脊背單元上的獨立單 元。天線裝置14通過任何已知的裝置(例如通過非接觸連接器裝置 或電連接器裝置)被連接到第一波導6。天線裝置14的數目與第一波 導的數目相關，這樣， 一個天線裝置被連接到每個第一波導6。使用 天線裝置14的一個優點在於，在氣動阻力被保持為最小的同時增加 有效天線口徑面積。增加的有效天線口徑面積給出增加的增益的可能 性，從而給出產生更窄的波瓣以便更好地檢測目標的可能性。
而且，天線裝置14被連接到第一波導6，以使得由第一t/r單元 4供應的微波功率能夠被天線系統如此分配，以使得根據上文的方位 掃描由雷達系統在從一個短側面io或兩個短側面io外出的方向(即 當脊背單元被安裝在飛機上時在飛機的前向方向和/或後向方向)上執 行。
在另一個實施例中，第二天線元件7被連接到定位在第一波導6 與第二天線元件7之間的第二t/r單元16。第二t/r單元16被安排 成由控制單元控制。由第一 t/r單元4供應的微波功率被經由第 一波 導6饋送到第二t/r單元16。第二t/r單元16由控制單元如此控制， 以使得在第二天線元件7之間的相位增量給出在從一個或兩個短側面
/或後向方向;上的l;掃描 天線系統i因此可以使用第一;/r;元
4進行方位掃描並且使用第二 t/r單元進行仰角掃描。
上述的掃描是通過以現有技術已知的方式控制第一和/或第二 t/r單元16來控制不同天線元件中的相位而進行的。
天線裝置14可以以許多不同的方式來實現。例如，每個天線裝 置14包括分層結構，它在橫向方向上把導電層17包括在被定位在與 多個第二天線元件7相鄰的非導電層18上，並且在天線元件7的另 一面上包括被覆蓋以導電層20的第二非導電層19。天線裝置14的尺 寸取決於天線系統的預期使用，即，包括天線系統的雷達系統的預期 使用。下面是適用於機載S波段雷達的天線裝置的例子測量是10mm乘以100mm乘以高度，該高度可以小於、等於或大於脊背單元的高度。天線裝置被間隔開所選擇的距離Dl=70-80mm，這取決於多個參數，例如所傳送微波的波長。因此，間隔距離必須根據這些參數來計算。
天線裝置14形成天線裝置14的組件，其形成天線。以所建議的方式使用這樣的薄的天線裝置14的一個好處在於，天線可以在橫向方向上延伸到脊背單元之外而不會明顯地增加氣動阻力。在前向和/或後向方向上擴展天線系統的截面的可能性是本發明的主要的好處，因為在橫向方向上天線裝置越多和天線系統越寬，則所形成的波瓣就會越窄。
本發明的另外的優點在於，脊背鰭狀天線組件是薄的、輕的並且不需要可動部件，因此有利地替代先前已知的AWACS旋轉圓頂型天線。
圖4示意地示出根據本發明的波導板21的側視圖。每個天線裝置14包括至少一個波導板21,每個波導板21被彼此獨立地饋送以微波功率，以便允許對天線系統1進行相位操縱。
每個波導板21包括第二波導22，它在垂直方向Z上把往來於典型地一個或兩個求和點的功率分配到多個(典型地10-20個)第二天線元件7。圖4示出具有一個求和點SP的波導板21的例子。平面波導板21能夠以不同的技術被實現，其中懸浮帶狀線因為它的低損耗而是有利的選擇。波導板21包括至少一個連接器30，用於從例如上述的第一波導6的組件或從第三波導(見圖7)到第二波導22的波導過渡。第三波導29把波導板21連接到分配系統(圖1-3中的3)。如上所述，分配系統3有利地包括第一波導6的組件，但它可以包括可替換的微波饋送裝置，例如，軟電纜等等。這當然是完全不同的解決方案，其中失去使用波導6的優點。
因為缺乏接地面，天線元件應當擁有固有的方向性。有幾種已知類型的元件滿足該要求。下面描述的圖5a,5b和6都示出根據本發明的天線裝置的不同的實施例，其中以三種不同的方式來建立接地面。在圖5a,5b和6上示出的所有的實施例中，波導板21被定位在包括泡沫狀材料24的外殼23內。圖5a示意地示出根據本發明的第一實施例的天線裝置14。在圖5a上，天線裝置包括接地面26，它被包括在外殼23內與波導板21相鄰，並被耦合到第二波導(22，圖4)。第二天線元件7被包括在外殼23內，並從接地面26沿縱向方向X突出，以用於方向性目的。
圖5b示意地示出根據本發明的第二實施例的天線裝置14。在圖5b上，天線裝置14類似於根據圖5b的天線裝置，但除了第二天線元
件是用於方向性目的的無源或有源結構以外。
圖6示意地示出根據本發明的第三實施例的天線裝置14的截面圖。在圖6中僅僅示出天線裝置14的一部分。在圖6中，外殼包括表面層25，用來包裹泡沫狀材料24，以用於增加形狀穩定性。表面層25可包括金屬表皮，其提供接地面26,用於獲得增強的方向性。表面層25包括沿高度方向Z(即，沿垂直方向)與第二天線元件7相連接的縫隙28。
在圖6中，平面波導板21經由第二天線元件7對在導電錶面層25中的垂直縫隙28進行饋送。金屬表皮提供對於實現增強的方向性所需要的接地面。
圖7a和7b示意地示出根據本發明的支撐結構15中的第三波導29。在圖7中，支撐結構15被耦合到天線裝置14，以用於相對於脊背單元(在圖7a和7b上未示出)將波長天線裝置8保持在適當位置。第三波導29被安排來經由連接器30將微波功率饋送到波導板21 。
圖7a示出被耦合到天線裝置14的第三波導29的一段。在圖7a中，第三波導29具有矩形截面，並被安排來饋送水平極化信號。在圖7a中，連接器30包括水平定向的縫隙31，用於接收由第三波導29饋送到連接器的信號。在其中第三波導29與連接器30接合的區域中，第三波導具有垂直擴展。水平縫隙31因此被安排成基本上垂直於第三波導29的擴展。
圖7b示出被耦合到天線裝置14的第三波導29的一段。在圖7b中，第三波導具有矩形截面，並被安排來饋送垂直極化信號。在圖7b中，連接器30包括垂直定向的縫隙32，用於接收由第三波導29饋送到連接器的信號。在其中第三波導29與連接器30接合的區域中，第三波導具有水平擴展。垂直縫隙32因此被安排成基本上垂直於第三波導29的擴展。在另一個實施例中，在圖7a和7b上的第三波導29可以是第一波導6。在圖7a和7b中的布置因此可被應用於其中第三波導被替換為第一波導的布置。在所有的實施例中，都可以使用額外的支撐結構。
圖8a示意地示出根據本發明的包括天線罩33的天線系統的正視圖。為了減小氣動阻力，脊背單元8可以通過天線罩33而被部分地覆蓋，以用於覆蓋脊背單元8的正投影。由於天線裝置14可以具有與脊背單元8的垂直擴展相比更大的垂直擴展，所以處在脊背單元8的前部和/或後部的天線裝置14可以從天線罩33中突出。
圖8b示意地示出根據圖8a的天線系統的頂視圖。饋送波導的緊密分隔會使得很難把它們彎曲到平面波導板21上。然而，通過(i)把天線/波導板分隔開，達到由+/-30度可掃描性(scannability )所施加的柵瓣極限，(ii)把饋送的第二波導22實現為窄波導和脊波導，而可以促進一種實現方案。然後，留出用於把第二波導彎曲到板上的空間。所以，支撐結構15朝著天線裝置14展寬，正如在圖8b上看到的，以便收容擴展的第二波導22。
權利要求
1.一種用於機載雷達系統的天線系統(1)，天線系統(1)包括脊背單元(8)，脊背單元(8)具有沿高度方向(Z)和縱向方向(X)擴展的兩個相對的長側面(9)，和沿橫向方向(Y)和高度方向(Z)擴展的兩個相對的短側面(10)，以及與底面(12)相對的頂面(11)，每個面沿縱向方向(X)和橫向方向(Y)擴展，其中天線系統(1)包括天線裝置(14)，其特徵在於，天線裝置(14)被間隔開，並結合一個短側面或兩個短側面(10)而被安裝並且沿高度方向(Z)延伸，其中每個天線裝置(8)包括波導板(21)。
2. 根據權利要求1所述的天線系統(l),其特徵在于波導板(21) 包括第二天線元件(7)。
3. 根據權利要求2的天線系統(l),其特徵在於每個波導板(21) 包括第二波導(22)，其被安排成把往來於至少 一個求和點的功率分配 到第二天線元件(7)。
4. 根據權利要求3所述的天線系統(l),其特徵在於每個波導板 (21)被安排成與其他波導板(21)無關地被饋送以微波能量，以用於控制 在不同的天線裝置(14)之間的相位和振幅。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 每個波導板(21)被包括在氣動外殼(23)內。
6. 根據權利要求5所述的天線系統(l),其特徵在於外殼包括包 圍波導板(21)的泡沫狀材料(24)。
7. 根據權利要求6所述的天線系統(l)，其特徵在於外殼(23)包括 包裹泡沫狀材料(24)的表面層(25)。
8. 根據權利要求7所述的天線系統(l),其特徵在於表面層(25) 是金屬表皮，其提供用於獲得增強方向性的接地面，其中表面層包括 沿高度方向(Z)的縫隙(28)。
9. 根據權利要求5-7中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於天 線裝置(14)包括接地面(26),它被包括在外殼(23)內與波導板(21)相鄰， 並被耦合到第二波導(22)，其中第二天線元件(7)被包括在外殼(23)內， 並沿縱向方向(X)從接地面(26)突出，以用於方向性目的。
10. 根據權利要求1-7中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 第二天線元件(22)包括無源或有源結構(27)，以用於方向性目的。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l)，其特徵在於天線系統(1)包括支撐結構(15),所述支撐結構(15)包括第三波導(29), 以用於經由連接器(3 O)把微波功率饋送到波導板(21)。
12. 根據權利要求11所述的天線系統(1)，其特徵在於連接器(30) 被垂直定向或水平定向。
13. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l)，其特徵在於 天線裝置14被分隔開以使得以指定的、有限的可掃描性施加柵瓣限制。 ^
14. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 每個波導板(21)是平面的。
15. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l)，其中天線系 統(l)包括多個第一天線元件(2)和微波功率分配系統(3)，所述微波功 率分配系統(3)包括被耦合到第一天線元件(2)的多個第一T/R單元(4), 用於把微波功率分配到第一天線元件(2),其特徵在於，微波功率分配 系統(3)被耦合到第二天線元件(7)。
16. 根據權利要求15所述的天線系統(l),其特徵在於功率分配 系統包括第 一波導(6)的組件，其被耦合到以基本上垂直於第 一天線元 件(2)的角度導向的第二天線元件(7),其中第一 T/R單元(4)被耦合到 第一波導(6)以用於把微波能量分配到第二天線元件(7)。
17. 根據權利要求15或16所述的天線系統(l)，其特徵在於，第 一波導(6)的組件被安裝在脊背單元(8)的頂面(11)和/或底面(1"上和/ 或脊背單元(8)內部。
18. 根據權利要求15-17中任一項所述的天線系統(l),其特徵在 於第一天線元件(2)被至少縱向地定位在脊背單元(8)的每個長側面(9) 上，並且第二天線元件(7)結合一個短側面(10)或兩個短側面而被定位。
19. 根據權利要求15-18中任一項所述的天線系統(l),其特徵在 於天線裝置(14)被連接到第 一波導(6)，以使得由第一 T/R單元(4)供應 的微波功率能夠由天線系統(l)如此分配以使得由雷達系統在從一個 短側面或兩個短側面外出的方向-即當脊背單元(8)被安裝在飛機(13) 上時在飛才幾的前向方向和/或後向方向-上執糹於方卩立掃描。
20. 根據權利要求15-19中任一項所述的天線系統(l),其特徵在 於，第二天線元件(7)被連接到第二T/R單元(16),第二T/R單元被安 排成被如此控制以使得由第一 T/R單元(4)供應的微波功率能夠被天線系統(1)如此分配以Y吏得由雷達系統在從一個短側面(10)或兩個短側面(10)外出的方向-即當脊背單元(8)被安裝在飛機(13)上時在飛機 (13)的前向方向和/或後向方向-上執行仰角掃描。
21. 根據權利要求15-20中任一項所述的天線系統(l),其特徵在 於，第一天線元件(2)被連接到第一 T/R單元(4)以使得由第一 T/R單 元(4)供應的微波功率能夠被天線系統(1)如此分配以使得由雷達系統 在從一個長側面(9)或兩個長側面(9)外出的方向-即當脊背單元(8) 被安裝在飛機(13)上時在飛機(13)的橫向方向-上執行方位掃描。
22. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 天線系統(l)包括控制裝置，以用於控制第一 T/R單元(4)並從而控制在 第 一 和第二天線元件(2,7)之間的微波功率的相移。
23. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 天線裝置(14)被基本上彼此平行地定位。
24. 根據前述權利要求中任一項所述的天線系統(l),其特徵在於 第二天線元件(7)被彼此連續地在高度方向上定位在天線裝置(14)中。
全文摘要
本發明涉及用於機載雷達系統的天線系統(1)。天線系統(1)包括脊背單元(8)，脊背單元(8)具有沿高度方向(Z)和縱向方向(X)擴展的兩個相對的長側面(9)，和沿橫向方向(Y)和高度方向(Z)擴展的兩個相對的短側面(10)，以及與底面(12)相對的頂面(11)，每個面沿縱向方向(X)和橫向方向(Y)擴展。天線系統(1)包括天線裝置(14)，天線裝置(14)被間隔開，並結合一個短側面或兩個短側面(10)而被安裝，並且沿高度方向(Z)延伸。每個天線裝置(8)都包括波導板(21)。
文檔編號H01Q21/00GK101584083SQ200680056682
公開日2009年11月18日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者A·胡克 申請人:艾利森電話股份有限公司