[發(fā)明專利]太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410136493.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-04
• 公開（公告）號(hào): CN103904430A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉埇;李斌;盧宏達(dá);趙鵬飛;水孝忠;張雨濛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q3/08
• 分類號(hào): H01Q3/08;H01Q19/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太赫茲波因其短波長(zhǎng)、高透射性和對(duì)人體無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，使得太赫茲成像相比其他波段具有明顯優(yōu)勢(shì)。太赫茲成像技術(shù)在未來(lái)安檢、反恐、緝毒等方面勢(shì)必會(huì)發(fā)揮出不可替代的作用。近年來(lái)國(guó)外已有將太赫茲成像技術(shù)成功應(yīng)用于安檢設(shè)備的范例，我國(guó)也已逐步開展太赫茲安檢成像系統(tǒng)的研究。作為成像系統(tǒng)的前端，太赫茲天饋系統(tǒng)是整個(gè)成像系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵部分，天饋系統(tǒng)性能的優(yōu)劣將直接決定成像系統(tǒng)能否發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

基于機(jī)械掃描成像體制，以偏置卡塞格倫天線為主體實(shí)現(xiàn)太赫茲波束二維掃描的天饋系統(tǒng)所需探測(cè)器較少，易于實(shí)現(xiàn)，成本相對(duì)低廉，可以滿足太赫茲頻段成像系統(tǒng)對(duì)天線的性能要求。而機(jī)械掃描的成像方式一般為天饋系統(tǒng)發(fā)出的波束在偏離軸向位置附近作一定角度的掃描，從而實(shí)現(xiàn)局部范圍的探測(cè)。目前，一維方向上實(shí)現(xiàn)波束機(jī)械掃描的應(yīng)用較多，但所涉及二維掃描的研究較少，同時(shí)偏置卡塞格倫天線的高偏置狀態(tài)也會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，不利于大角度掃描。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決二維波束機(jī)械掃描的缺陷，基于喇叭天線和反射面天線的原理，提出一種以偏置卡塞格倫天線為主體設(shè)計(jì)的太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)。

本發(fā)明的太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)，包括偏置卡塞格倫天線、饋源天線、伺服控制系統(tǒng)、主反射面支架、副反射面支架、法蘭盤和指示銷釘。其中，偏置卡塞格倫天線包括主反射面和副反射面，伺服控制系統(tǒng)包括方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服控制器和轉(zhuǎn)臺(tái)底座；方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)包括方位控制模塊、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和俯仰角度編碼器。

所述主反射面和副反射面的材料采用金屬或玻璃纖維；主反射面為偏置拋物面，副反射面為偏置雙曲面。偏置卡塞格倫天線在結(jié)構(gòu)上是雙偏置的：主反射面對(duì)副反射面偏置，副反射面對(duì)饋源天線偏置。主反射面可由完整拋物面切割一部分形成，副反射面可由完整雙曲面或橢球面切割一部分形成。雙偏置結(jié)構(gòu)保證在空間上饋源對(duì)副反射面、副反射面對(duì)主反射面均不形成遮擋。

所述饋源天線采用多模喇叭天線或者波紋喇叭天線。

方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)含俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸和水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸，在水平方向和俯仰方向上均能單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，也能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，兩維方向上轉(zhuǎn)動(dòng)速度均可控；同時(shí)還能控制偏置卡塞格倫天線主反射面進(jìn)行多種連續(xù)掃描動(dòng)作，完成位置引導(dǎo)、定位、連續(xù)扇掃、蛇形掃描、回字掃描，運(yùn)動(dòng)方式能自定義，并實(shí)時(shí)回傳位置數(shù)據(jù)至伺服控制器。

偏置卡塞格倫天線的主反射面通過(guò)主反射面支架與方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)相連，副反射面使用副反射面支架固定，副反射面支架固定安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)底座上，副反射面所處的空間位置固定不動(dòng)。法蘭盤沿與底座垂直的方向安裝在副反射面支架上；指示銷釘固定在副反射面支架上，與法蘭盤垂直對(duì)接、與底座平行。指示銷釘?shù)募舛酥赶蝠佋刺炀€的口面中心。饋源天線背面連接太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)外的射頻源模塊。

主反射面下邊緣與副反射面上邊緣相切，且相互不遮擋；方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)為下方位、上俯仰結(jié)構(gòu)，方位轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)及方位角度編碼器集成在方位控制模塊中；俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和俯仰角度編碼器分立，構(gòu)成俯仰控制模塊；俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和俯仰角度編碼器與方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)中的俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸共軸連接；方位轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)及方位角度編碼器與方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)中的水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸共軸連接。

方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)中心（即俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸與水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸的交點(diǎn)）、主反射面焦點(diǎn)、副反射面虛焦點(diǎn)三點(diǎn)重合，方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)控制主反射面的轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服控制器預(yù)留有接口，通過(guò)線纜分別與方位控制模塊、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、俯仰角度編碼器相連，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

本發(fā)明的太赫茲波束二維機(jī)械掃描天饋系統(tǒng)的工作過(guò)程為：饋源天線發(fā)射初級(jí)波束，先后經(jīng)偏置卡塞格倫天線的副反射面、主反射面反射后獲得水平方向上的平行波束。伺服控制器解析目標(biāo)位置，生成控制信息，將控制信息發(fā)送給俯仰控制模塊和方位控制模塊，俯仰角度編碼器和方位角度編碼器根據(jù)控制指令計(jì)算得到轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，反饋回伺服控制器，由伺服控制器生成動(dòng)作指令，發(fā)送給俯仰控制模塊和方位控制模塊驅(qū)動(dòng)方位轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行動(dòng)作指令，方位、俯仰二維轉(zhuǎn)臺(tái)按照指定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)偏置卡塞格倫天線的主反射面轉(zhuǎn)動(dòng)到指定角度，實(shí)現(xiàn)波束角度的改變，從而達(dá)到二維波束掃描的目的。

有益效果