[實用新型]一種模擬相控陣雷達演示儀

有效

• 申請號: 201120181743.5
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN202205366U
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 錢仰德;周紅兵;鄭瑞銘
• 申請（專利權）人: 盧帥
• 主分類號: G09B9/54
• 分類號: G09B9/54
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進

技術領域

本實用新型涉及一種電磁學類的演示教學儀器，尤其是一種模擬相控陣雷達演示儀。

背景技術

傳統的雷達的測量原理是根據從被測物對雷達的反射波與波源處的發射時間差來判斷被測目標的距離的。為了捕捉到目標位置，需要讓雷達的天線作全方位的旋轉掃描，而通過機械方式讓雷達向各個方向掃描一周需要耗費較長時間（通常需數秒到數十秒鐘），因此掃描的速度和效率都較低。相控陣雷達又稱作相位陣列雷達，是一種通過改變雷達波相位來改變波束方向的雷達，因為是以電子方式控制波束而非傳統的機械轉動天線面方式控制波束，故又稱電子掃描雷達。機械掃描雷達因受限于機械轉動頻率因而資料更新周期為秒或十秒級，電子掃描雷達則為毫秒或微秒級。所以它更適于對付高機動目標。

上述的傳統雷達和相控陣雷達所使用的探測波源都是電磁波中的微波，電磁波的傳播速度是光速。若設被測物與雷達發射天線間的距離為????????????????????????????????????????????????、探測信號波反射所需的時差為，則：

上式中：c為光速，。如果把微波用到在短距離范圍使用的演示實驗中的話，因在一般的演示場合中，目標距離通常小于10m，故反射波的時差就會小于s，這么短的時差很難進行測量。所以在用于教學的短距離測量場合是不宜用微波作為探測的波源的，須改用其它的非電磁波的、低傳播速度的機械波作為波源，以增加反射波的時差，使之便于測量。

此外，采用低速的機械波時，因受產生機械波器件的響應頻率和發射信號主瓣的限制，欲通過真正意義上的相位調制來控制波束的方向，同時又要保證探測波束所覆蓋的角度范圍不至過窄，還須在該演示儀器的構造上采取一些特殊的措施。

實用新型內容

為使演示實驗中可在短距離范圍內用雷達的原理測量距離、同時又用相位調制來控制波束方向的測量成為可能，從而實現演示相控陣雷達的教學目的。本發明設計了一種模擬相控陣雷達演示儀，包括一臺控制主機和與控制主機所連接的超聲波發射板，所述的超聲波發射板安裝有陣列設置的超聲發射頭，并以發射的超聲波作為探測波源來模擬真實的相控陣雷達用微波來探測目標距離和方位的功能。選用低傳播速度的超聲波作為演示實驗的波源，是為了增加反射波的時差使之便于測量，由于超聲波的傳播速度約為340m/s，在5～10m左右的探測探測距離時，反射波的時差?約為30～60ms左右，這一時差很容易測量。此外，選用以點陣方式安裝有超聲發射頭的超聲波發射板來發射超聲波，可通過調制各列超聲波信號發射頭電信號相位的方法來控制超聲波波束的方向。

但用超聲波換能器來發射超聲信號時，不同于用偶極子天線來發射電磁波時發射的波陣面可為球面波，單一超聲波換能器的發射主瓣比較窄，通常不超過30度，這對調制波束的方向造成了很多困難，使波束方向的變化范圍受到單一超聲波換能器發射主瓣寬度的限制。本發明解決這一問題的方法是采用由幾塊發射板組合的方式，并使幾塊發射板分別朝向不同的方向。當這幾塊發射板按不同時序依次發射探測信號時，實際探測波束所覆蓋的角度范圍就比單獨一塊發射板的角度范圍寬得多。從而解決了超聲波波束調制角度范圍窄的問題。

上面所說的超聲波波束方向的變化，是指用相位調制的方法對驅動各個超聲發射頭的電信號進行處理后，使各發射頭發出的超聲波在空間產生多波束干涉，最終產生的效果是整個發射板發出的超聲波的方向在水平方向發生偏轉。用電子方式進行這種相位調制時，可以迅速改變超聲波波束的方向，進行水平方向的掃描。而對于超聲波波束在豎直方向的改變，在本發明中則采用使發射板彎曲的方法，發射板呈向外凸出的彎曲面形狀，該彎曲面可以是柱面的一部分，超聲波發射板上安裝的各個超聲發射頭的指向均沿安裝點處彎曲面的法線正方向。以使在豎直方向排列的不同超聲發射頭指向不同的方向，從而可同時捕捉不同高度方向的目標。在接收目標反射的超聲波信號時，在發射板的中部有一個由多個超聲接收換能器組成的呈蜂窩狀的半球形的超聲波接收器，其半球中心的指向沿該發射板的法線正方向。若某一個方向的超聲接收換能器接收到的超聲信號時間最早、信號最強，則這個接收器所指方向就是目標的方向。而根據發射信號與接收信號的時差，就可測得目標的距離。

在以點陣方式安裝有超聲發射頭的超聲波發射板上，為使超聲發射頭發出的探測波信號避免混亂和便于調制，發射板上以點陣方式分別沿水平和豎直方向安裝的超聲發射頭，它們在水平方向的間距都是相同的，在豎直方向的間距也都是相同的，并且都是上下左右對齊的，因此整塊板上的點陣呈矩形排列。