一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置

摘要

本发明公开了一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，包括紧缩场反射面、馈源以及平面波静区；所述的馈源为紧缩场装置的电磁波辐射源；采用对角馈布局，紧缩场反射面的顶点在口径对角线接近的位置，馈源相心与反射面焦点共点位于反射面的虚旋转对称轴上；所述的紧缩场反射面为二次曲面结构，中心实体为旋转抛物面部分，用于将馈源辐射的球面波在静区内校正为平面波；所述的平面波静区为馈源辐射的电磁波经反射面校正后满足远场测试要求的有限立体空间区域。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达隐身测量领域，特别涉及一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置。

背景技术

随着超大规模超大型航空、航天、电子装备，如实装飞机和大型舰载相控阵雷达等的全尺寸试验的需求，精密测量全尺寸雷达目标散射和大口径天线的需求日益迫切。传统的单反射面紧缩场静区利用率约40％～50％，较为低下，若要实现大型电子设备的测试则需要增大反射面规模，如此将增大了反射面的研制风险、研制难度和制造成本。并且超大型紧缩场的静区呈现扁平化的矩形特征，面临宽高失衡的困扰，难以保证低频性能(口径30倍电尺寸以下时)，尤其反射面短边方向。因此，目前传统的紧缩场解决方案，不利于工程实现面向超大型电子装备试验的超大型紧缩场，低频和高频静区性能都性能优良的需求，如美国位于Ohio州立大学兼具紧缩场功能的大耳射电望远镜。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，采用对角馈布局、锯齿结构以及小量控制虚顶点偏移技术，增加馈源波束对反射面照射的均匀性、控制边缘绕射对静区的影响以及降低反射器曲面的弯曲量和偏馈量，实现成本受控、易实现、高口径利用率、低交叉极化的超大型静区的紧缩测试场。

本发明为了达到上述发明目的采用如下技术方案：

一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，该装置包括紧缩场反射面、馈源以及平面波静区组成；所述的馈源为紧缩场装置的电磁波辐射源；采用对角馈布局，紧缩场反射面的顶点在口径对角线接近的位置，馈源相心与反射面焦点共点位于反射面的虚旋转对称轴上；

所述的紧缩场反射面为二次曲面结构，中心实体为旋转抛物面部分，用于将馈源辐射的球面波在静区内校正为平面波；

所述的平面波静区为馈源辐射的电磁波经反射面校正后满足远场测试要求的有限立体空间区域。

进一步的，所述的高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，在同等焦距约束下，反射面对馈源的立体张角减小，故而馈源波束对反射面照射更加均匀，有利于减小静区幅度锥削。

进一步的，紧缩场反射面为宽高失衡不一致的矩形结构，其中水平和竖直方向口径尺寸差异超过短边30％，水平与竖直尺寸相差超过较短尺寸的30％。

进一步的，紧缩场反射面的虚顶点在不增加反射面直接回波和馈源遮挡静区波束的前提下能够进行一预定小量偏移，所述预定小量是指偏移量小于反射面尺度的10％，有利于降低反射面背架的刚度要求，降低偏馈量而引入的交叉极化以及降低被测目标的架设高度。

进一步的，所述的高口径利用率超大型静区紧缩场装置的边缘，采用优化的锯齿边缘，控制边缘绕射对静区的影响，有利于在进一步提升口径利用率，并保证接近低频下限时的静区性能。

进一步的，所述的紧缩场口径较高的利用率大于60％，超大型静区宽边尺寸大于20m。

本发明的技术原理如下：

本发明的高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，主要包括紧缩场反射面、馈源以及平面波静区。紧缩场反射面为水平竖直向差异明显的矩形截面结构，采用对角馈布局，在同等焦距约束下，反射面对馈源的立体张角减小，馈源波束对反射面照射的均匀性增加，使得静区幅度锥削减小。

紧缩场口径矩形扁平化引入的低频静区宽高失衡，通过短焦设计后的前移静区以及边缘优化来补偿设计。

紧缩场反射面的虚顶点小量偏移可降低反射器曲面的弯曲量，从而降低背架的刚度要求；亦可降低紧缩场装置的偏馈量，从而降低交叉极化和暗室内目标架设高度。

紧缩场反射面边缘采用优化的锯齿结构来控制边缘绕射对静区的影响，即所有锯齿围绕反射面几何中心沿径向等长度分布，所有锯齿内边缘轮廓根部围绕几何中心呈内凹形状，增加了紧缩场反射面系统中心实体部分的面积，有利于进一步提升口径利用率和改善低频下限时的静区性能。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在静区的幅度锥削小于1dB的典型指标约束下提升了紧缩场装置的口径利用率，其口径利用率可达60％～65％，甚至70％，相比于传统紧缩场方案提升了约25％。

(2)本发明的紧缩场反射面为旋转抛物面，此反射面不同于常见的水平和竖直方向尺寸接近的正方口径，其口径为水平和竖直方向尺寸差异明显的矩形，口径和静区存在宽高失衡。本发明的静区宽高比大于等于2：1，反射面宽高比不大于3:2，焦距与反射面口径长边接近，短焦和口径设计解决了宽高失衡的问题，低频静区性能得以改善。

(3)本发明紧缩场采用对角馈式布局，在同等焦距约束下，可减小反射面对馈源的立体张角，降低馈源对反射面的照射电平，从而减小静区幅度锥削，提升超大型紧缩场反射的口径利用率。采用的对角馈布局，在不增加静区锥削的前提下短焦设计，能前移静区来缓和矩形口径引入的宽高失衡矛盾，提升紧缩场的低频性能。本发明的紧缩场的低频下限能够实现300MHz的静区性能，在静区尺寸超过20m的范围内。

(4)紧缩场反射面的虚顶点在不增加反射面直接回波和馈源遮挡静区波束的前提下可小量偏移(偏移量小于反射面尺度的10％)，可降低反射面背架的刚度要求，减小偏馈量而引入的交叉极化，以及降低被测目标的架设高度。

附图说明

图1是高口径利用率超大型静区的紧缩场装置整体示意图；

图2(a)是紧缩场装置前静区水平截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图2(b)是紧缩场装置前静区水平截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图3(a)是紧缩场装置中静区水平截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图3(b)是紧缩场装置中静区水平截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图4(a)是紧缩场装置后静区水平截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图4(b)是紧缩场装置后静区水平截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图5(a)是紧缩场装置前静区竖直截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图5(b)是紧缩场装置前静区竖直截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图6(a)是紧缩场装置中静区竖直截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图6(b)是紧缩场装置中静区竖直截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图7(a)是紧缩场装置后静区竖直截线相位分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)；

图7(b)是紧缩场装置后静区竖直截线幅度分布图(0.3、0.6、1.2、2.4GHz)。

图中附图标记含义为：

图1中：1为紧缩场反射面，2为馈源(位于反射面焦点处)，3为平面波静区，4为近区场观察面，5为反射面的旋转对称轴，6为反射面的电轴，虚顶点7。

图2、图3、图4、图5、图6、和图7中：截线分别位于中心静区的水平线(x[m])和竖直线(y[m])，工作频率为0.3、0.6、1.2、2.4GHz。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的实施例，提出一种高口径利用率超大型静区的紧缩场装置，参见图1，该紧缩场装置包括：紧缩场反射面1，紧缩场的馈源2(位于反射面焦点处)，平面波静区3，近区场观察面4，反射面的旋转对称轴5，反射面的电轴6，虚顶点7。

其中，所述的紧缩场反射面1为一由精密机械加工的二次曲面，通常中心实体部分为旋转抛物面，边缘采用锯齿结构，其用于将馈源辐射的球面波在静区内校正为平面波。

其中，所述的馈源2为紧缩场装置的初始电磁波辐射源；

其中，所述的平面波静区3为馈源辐射的电磁波经反射面校正后满足特定远场测试要求的有限立体空间区域。

其中，所述的高口径利用率超大型静区的紧缩场装置采用对角馈布局，馈源2放置于紧缩场反射面1的焦点附近且与紧缩场反射面对角投影接近的位置，如此在同等焦距约束下，反射面对馈源的立体张角减小，故而馈源波束对反射面照射更加均匀，有利于减小静区幅度锥削。

其中，所述的紧缩场反射面1为水平口径和竖直口径尺寸差异明显(差异超过短边尺寸的30％)的矩形截面结构，短焦设计(即焦距小于口径最大尺寸)下有利于前移静区位置，避免了宽高失衡的问题，提升静区低频性能。

其中，所述的紧缩场反射面1的虚顶点在不增加反射面直接回波和馈源遮挡静区波束的前提下可小量偏移(偏移任意方向小量偏移)，有利于降低反射面背架的刚度要求，降低偏馈量而引入的交叉极化以及降低被测目标的架设高度。

其中，所述的高口径利用率超大型静区紧缩场系统的边缘，采用优化的锯齿边缘处理，控制边缘绕射对静区的影响，有利于进一步提升口径利用率的同时保证低频下限的静区性能。

本发明的一个优选实施例：

如图1所示的超大型静区的紧缩场装置，工作频率为0.3、0.6、1.2、2.4GHz，反射面尺寸宽为38个最长波长、高为28个最长波长，焦距为38个最长波长，馈源位于反射面焦点。

如图2～7所示，在静区的幅度锥削小于1dB和相位峰峰值小于10degree的典型指标约束下，紧缩场的水平截线和竖直截线口径利用率均可达65％以上。

优选超大型紧缩场实例的低频下限，在反射面宽高失衡和窄边小于30倍波长的条件下，紧缩场在全静区大于20m的范围实现了300MHz的典型指标。

由实例可知，本技术发明可实现高口径利用率的超大型静区的紧缩场。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。