《电子技术应用》
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一种用于便携式遥测设备的全空域天线设计
电子技术应用
王鑫,李大为
中国人民解放军92941部队
摘要: 便携式遥测设备由于其极强的移动性、便于运输及临时加装等特性,可为测控任务提供有力的补充接收支持。在便携式遥测设备的组成部分中,天线性能的优劣直接关乎整个系统的性能优劣,同时对系统所能适用的应用场景起着决定性作用。现有的便携式遥测设备大多配备定向天线,这类天线波束覆盖范围较窄,在船上动平台等特殊场景下加装使用时,局限性十分显著。鉴于此,利用多天线组阵信号合成技术,设计出一款全空域覆盖的相控阵天线。经仿真测试以及实际应用验证,该天线实现方位0~360°、俯仰0~90°的空域覆盖,在俯仰0~90°增益波动小于2 dB,在低仰角具有大于8 dBi的圆极化增益。优异的性能使其极为契合海上高速移动目标遥测信号的接收需求,极大地拓展了便携式遥测设备的应用范围与实用效能。
中图分类号:TN925.1 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256937
中文引用格式: 王鑫,李大为. 一种用于便携式遥测设备的全空域天线设计[J]. 电子技术应用,2026,52(7):12-18.
英文引用格式: Wang Xin,Li Dawei. A hemisphereical omnidirectional antenna design for portable telemetry equipmen[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(7):12-18.
A hemisphereical omnidirectional antenna design for portable telemetry equipmen
Wang Xin,Li Dawei
92941 Troops of PLA
Abstract: Portable telemetry devices, due to their exceptional mobility, ease of transportation, and the capability for temporary augmentation, provide robust supplementary support for telemetry tasks. Among the components of portable telemetry devices, the quality of antenna performance directly impacts the overall system′s performance and decisively determines the range of applications it can be used for.Most existing portable telemetry devices are equipped with directional antennas, which have a narrow beamwidth. This poses significant limitations when these systems are added to special scenarios such as mobile platforms at sea. To address this, an array of multiple antennas is proposed, utilizing multi-antenna signal synthesis techniques to design a phased-array antenna that offers hemispherical coverage.Simulated testing and practical application validation demonstrate that this antenna achieves coverage from 0° to 360° in azimuth and from 0° to 90° in elevation. The gain fluctuates less than 2 dB within the elevation range of 0° to 90°, and it exhibits a gain greater than 8 dBi at low elevations. This outstanding performance makes it highly suitable for receiving telemetry signals from high-speed mobile targets at sea, significantly broadening the application scope and practical effectiveness of portable telemetry devices.
Key words : telemetry equipment;hemisphereical coverage antenna;multi-antenna array;multi-antenna signal combining techniques

引言

现有的便携式遥测设备接收天线多采用定向天线,如平面相控阵列天线、反射面天线[1-2]。此类天线均存在波束覆盖范围窄的问题,尤其在船上等动平台使用时,需结合伺服设备和惯导设备方能实现天线波束实时对准任意方向的目标。该方式有以下不足:一方面,增加额外的伺服和惯导设备造成整个系统设备复杂笨重,不满足便携使用要求,同时系统成本增高;另一方面,波束控制及目标跟踪复杂。近年来,国内学者在全空域天线领域开展了大量研究工作。唐军等[3]提出了基于球面阵列的全空域多波束天线方案,通过球面布阵实现空域全覆盖,但球面阵列存在结构复杂、加工成本高、难以小型化等问题;俄广西等[4]开展了全空域多目标测控天线技术研究,采用多面阵组合方式实现宽空域覆盖,但系统体积和重量较大,不便携;李中伟[5]基于相控阵方法对全空域多目标测控天线进行了分析,侧重于理论层面的波束形成算法研究;刘衍军等[6]设计了基于相控阵天线的空基多目标综合测控系统,主要用于空基平台,对地面便携式场景适用性有限;王锋等[7]提出了新型靶场全空域全数字相控阵测控系统,系统规模较大,部署周期长。与上述研究相比,本文利用多天线组阵[1-2]设计实现了一种全空域[3-4](通常为俯仰0°~90°,方位0°~360°)遥测天线。该天线使用多个天线组成棱台形天线阵列,通过不同的激活区域实现各方向信号的有效合成,达到全空域波束覆盖的效果;采用数字波束形成方式实现同时对两个目标进行波束指向。即,通过棱台形阵列构型结合数字波束形成方式,有效扩展了同时跟踪目标数且增大了接收天线的等效增益,能够有效提高遥测系统的作用目标数、作用空域范围、作用距离和可靠性。天线跟踪角域覆盖方位0~360°,俯仰0°~90°,能够对任意方向的目标进行跟踪[5],同时具备左右旋圆极化信号的接收和合成,避免电磁波极化失配导致的信号损失。仿真和试验表明,天线能够适应舰船使用环境,有效接收海上遥测信号,更好接收末端遥测数据。


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作者信息:

王鑫,李大为

(中国人民解放军92941部队, 辽宁 葫芦岛 125100)

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