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293 天线原理与设计讲稿 第十三章 单脉冲天线 一、引言 单脉冲又称同时多波束。单脉冲体制是在圆锥扫描和顺序波束转换体制基础 上发展起来的。因为波束圆锥扫描和波束转换技术对回波幅度起伏是很敏感的， 跟踪误差大。而单脉冲天线是在单个脉冲上同时提供对角误差敏感所需的波束， 同时比较各波束的输出，因此消除了回波幅度随时间变化的任何影响。这种技术 最初称为同时多波束，后来采用单脉冲这个术语。指的是在单独一个脉冲上得到 完整的角误差信号。“单脉冲天线”已成为这种跟踪天线的通用名词了。 单脉冲雷达体制系统，主要用于高速目标的跟踪定位。如飞机、导弹、火箭、 人造卫星的跟踪。单脉冲雷达系统中的天线称为单脉冲天线。单脉冲雷达天线要 求产生一个主瓣的和波束，以及具有两个(或四个)主瓣的差波束，如下图 13-1 所示。差波束的两个峰值之间的最小值称为“零值”。和波束的作用是探测目标 的距离(r) 并进行距离跟踪；差波束的作用是探测目标的方位角和俯仰角信息 (ϕ,θ)并进行角跟踪。一个目标的距离信息 r 和角信息ϕ,θ 已知，则目标的空间 位置就确定了。如果目标正好在和波束最大值方向，则差波束接收到的信号很弱 (为零值) ；当目标移动时，则差波束接收到的信号由弱变强，则可利用差信号来 驱动伺服机构，使天线在俯仰或方位上转动，始终使差波束的零值方向对准目标， 从而实现跟踪。 图 13-1 单脉冲天线方向图 二、单脉冲天线组成 在雷达应用中，单脉冲天线可采用阵列天线，也可采用反射面和单脉冲馈源 组成。如果是后者，则馈源一般采用多个(4 个)叭或者单口多模喇叭。形成差波 束的关键是使用了比较器(和差器) 。 293 294 天线原理与设计讲稿 三、单脉冲分类 根据比较回波信号的幅度和相位，单脉冲分为幅度单脉冲、相位单脉冲和幅 相单脉冲，它们的主要区别在于天线。无论是幅度还是相位单脉冲，为了确定目 标在某一平面的角度(方位、俯仰) ，都要求同时产生两个形状相同的波束。这里 只讨论幅度单脉冲( 比幅) 。 四、工作原理 为了说明问题，先考虑一个平面(俯仰面) 内单脉冲技术的工作原理。 当一个横向偏焦的喇叭，置于抛物面焦点附近时天线将产生一个偏离天线轴 的波瓣，其波束偏移角θ 正比于偏焦距离x 。为了获得两个对称于天线轴，并 s 有相同偏移角θ 的波瓣，可用两个对称于天线轴的横向偏焦喇叭来完成，如图 s 13-2 所示。 图 13-2 幅度比较单脉冲 若探测到一个目标，来自 A 方向，这时两波束收到的回波信号相位相同， 但幅度不等。两信号相减形成的差信号是目标方向的函数。这个差信号的大小， 表示了目标偏离天线轴向角度的大小，差信号的正负，则表示目标偏向哪一边。 由差信号驱动电机使天线转动而对准目标，则差信号为0 。从而实现了跟踪。 为了进行原理分析，设比幅单脉冲天线的馈源是由四个喇叭和比较电路构 成的。假如上图为俯仰面的话，另两个喇叭就构成方位面。四喇叭馈源及比较器 电路如图 13-3 所示。 图中，1，2 ，3，4 表示四个喇叭组成的馈源。 Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ 表示四个波导魔 T，如图 13-4 所示，并以E1 、E2 、E3 、E4 分别表示 四个喇叭接收到的回波信号幅度。E∑ 表示和信号，Eα 表示方位差信 号，Eβ 表示俯仰差信号。 294 295 天线原理与设计讲稿 根据魔 T 的工作特性，有： 和信号： E E =+E +E +E (13.1) ∑ 1 2 3 4 方位差信号：E E =+E − E +E