地海杂波测试控制平台的设计

地海杂波是地表平面，海平面反射的雷达回波，由于受到风力，环境湿度等多种自然因素的影响，地海杂波信号变化复杂，信号强。它的存在严重干扰了雷达对地面，海面目标的检测性能。为了提高雷达的检测性能，要采用地海杂波测试控制平台来实现对地海杂波的检测。这样可以有效检测地海杂波信号，从而掌握各种条件下地海杂波的分部，以便消除或者减小杂波的影响。该测试平台由天线，天线座以及伺服控制系统3部分组成。

1 椭圆波束偏置抛物面天线设计

1．1 天线参数设计

在该系统中的天线部分使用偏置抛物面天线。偏置抛物面天线是指利用常规抛物面天线在其焦轴上(或下)半空间的一部分为天线主反射面的天线，如图1所示。图1中：V是抛物面的顶点，F是抛物面的焦点，V到F是抛物面的焦距，用f表示，h是静距，θh是静距角，θo=θh+θα是偏置角，θα是馈源对偏置抛物面的半照射角，XOZ平面是偏置抛物面的对称平面，YOZ平面是其非对称平面。

根据实际地海杂波信号情况，天线使用频率带宽为14．93%，馈源对偏置抛物面的照射角为79．6°。可以采用的馈源有波纹喇叭和多模喇叭，由于L波段频率低，波长224mm，若采用波纹喇叭则尺寸和重量过大，因此采用多模喇叭。多模喇叭的双极化馈电长度为200 mm，多模传输段长1 1993 mm，总长1 400 mm。天线方位半功率角为6．3°；俯仰半功率角为7．8°；增益G=27．4 dB。

1．2 天线干扰因素

天线在工作过程中，存在有干扰。收、发天线并排紧靠一起，辐射耦合不仅存在于两天线之间，在设备的机壳，机壳的孔洞，传输线及元件之间都可能存在，综合起来主要有3种不同的干扰途径：1)收、发天线之间的辐射干扰；2)元件或机壳间的辐射干扰；3)传输线之间的辐射干扰。除此之外，周边反射体的干扰也会影响天线的性能。但是天线之间的辐射干扰是主要干扰途径。 天线之间的近场耦合计算是一个比较复杂的电磁场问题，因此本文只做定性的分析。假设两天线彼此位于远场区，即天线间距，两个天线的最大口径为2．5 m，中心频率波长为0．224 m；通过计算得到天线间距为58 m，在实际工程中，两个天线之间的距离是不可能达到58 m的，由于天线的旋转半径为3 m，两天线中心距离6 m，即两天线处于近场区，天线的馈源对另一天线的干扰将起到明显作用，隔离这项干扰最有效的办法是在天线周边加上导电围边，当围边的高度为波长的5．3倍时，天线远旁瓣可降低13 dB，两天线的隔离可达到80 dB左右，围边的实际高度为1．2 m。

2 天线座设计

2．1 天线座结构设计

天线座设计采用方位，俯仰型转台式结构。由方位座、俯仰箱驱动系统、轴角装置、限位保护装置、调平装置、配重等部分组成，如图3所示。方位部分由底座、转盘、转盘轴承等组成，转盘式具有较好的刚性和稳定性，转盘轴承直接带有蜗轮，保证了方位驱动刚性。底座、转盘均为钢板焊接件，为保证-13．5°仰角工作，方位上增加一个支座以提高俯仰轴高度。俯仰由俯仰箱左右轴承、俯仰轴和左右支臂组成，俯仰箱为铸件，左右支臂与俯仰轴同步转动，其上端与天线联接，后端放置配重，用于平衡天线重量，在左右支臂上端增加过渡件，即可与其他天线联接。对于驱动系统目前在工程中广泛采用丝杆驱动方式，但本系统的天线座设计并未考虑采用，主要原因有2个：1)由于工作环境比较恶劣，对于天线的速度均匀性要求比较高，而丝杆驱动在工作范围内速度是不均匀的，测试平台要求天线转动速度约为6(°)/s，该速度用丝杆方式实现比较困难；2)丝杆转动效率低，在要求较大风速条件下工作，电机功率比较大。针对实际情况，该驱动系统选择采用蜗轮付加行星减速器方式，为了减少体积和重量蜗轮采用包络面型式，这种型式具有较大的负载能力，行星减速器具有体积少、重量轻、效率高等优点。采用涡轮驱动的方式，电机功率约550 W。

轴角传感器采用旋变、俯仰旋变1：1与俯仰轴联接，方位通过齿轮联接，为消除齿隙传动齿轮采用双片消隙。天线座中安装有限位开关和机械限位块，以保证设备安全，限位开关采用无接触接近开关，以适应恶劣海边环境，系统采用蜗轮驱动具有自锁性，所以朝天锁定可利用其本身自锁性能。

3 伺服控制系统设计

3．1 伺服控制原理

地海杂波测试控制平台由两副天线，天线座，伺服控制系统组成。两幅天线采用独立天线座，左右并排放置，两幅天线的转动可以独立控制。伺服控制原理框图，如图4所示。驱动链采用一级涡轮涡杆传动，使其具有自锁功能，以阻止由于风负载使天线转动。采用步进