專利名稱：相控陣及其相控收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種相控陣及其相控收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
在船用聲納設(shè)備中，波束形成系統(tǒng)占有非常重要的地位。在軍事上，波束形成器可用在所有需要一定指向性的聲納設(shè)備中。相控陣及其收發(fā)電路構(gòu)成了一種特定指向的波束對，主要用于多普勒速度計(jì)程儀中。目前，國內(nèi)大多數(shù)多普勒速度計(jì)程儀采用的是非相控陣技術(shù)的波束收發(fā)電路，其缺點(diǎn)是，一個方向的波束需要一個換能器和一個發(fā)射電路。這種方法一般需要3到4個相互成一定角度的獨(dú)立的活塞形換能器和各自獨(dú)立的收發(fā)電路，形成所需的多個指向性聲波束。此外，這種方法在用于艦船速度測量時必須進(jìn)行聲速修正，否則會造成測速誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服傳統(tǒng)的多普勒速度計(jì)程儀中需要多個獨(dú)立換能器構(gòu)成的基陣、收發(fā)電路多，和保證測速精度必須進(jìn)行聲速修正的缺點(diǎn)，提供一種相控陣及其收發(fā)裝置。該實(shí)用新型電路設(shè)計(jì)簡單、靈活，工作穩(wěn)定可靠，只需一個多元平面基陣便可形成2個或4個方向的波束，且在船速測量過程中，聲速可以通過相控收發(fā)系統(tǒng)自動得到補(bǔ)償。
本實(shí)用新型的構(gòu)成主要是相控陣[1]、相控發(fā)射電路[2]、相控接收電路[3]。其中相控接收電路[3]包括輸入電路[4]、+90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]、加法求和電路[7]，而+90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]也可以用+45°移相電路[5’]和-45°移相電路[6’]實(shí)現(xiàn)。相控陣[1]是由晶體陶瓷片切割成m×m個基元，每隔3個基元用短路線連接，形成軸向4個子陣X1、X2、X3、X4；相控發(fā)射電路[2]產(chǎn)生兩個方向的波束信號通過4個子陣X1、X2、X3、X4發(fā)射到水中，4個子陣X1、X2、X3、X4接收到的反射信號通過輸入電路[4]和兩個移相電路[5]、[6]的移相、加到加法求和電路[7]上，兩個加法求和電路[7]的輸出分別為一個軸向的前向和后向的兩個波束波束I和波束II；相控發(fā)射電路[2]可以同時在一個軸向的前向和后向兩個方向上發(fā)射信號；輸入電路[4]的作用是去除發(fā)射信號對接收電路的強(qiáng)的串?dāng)_，+90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]可以用+45°移相電路和-45°移相電路[5’]和[6’]實(shí)現(xiàn)，使所需的90°移相電路結(jié)構(gòu)平衡；加法求和電路[7]的功能是將相控陣[1]的4個子陣接收到的信號經(jīng)移相后進(jìn)行求和運(yùn)算。而相控陣[1]可以連接成一維的4個子陣X1、X2、X3、X4(見附圖4)，也可以連接成二維的8個子陣，其中X軸方向上形成4個子陣X1、X2、X3、X4，Y軸方向上也形成4個子陣Y1、Y2、Y3、Y4(見附圖5)；而按照附圖4的連接關(guān)系形成的4個子陣，與一套相控接收電路[3]一起，可以形成一個軸向的前向和后向兩個波束；而按照附圖5的連接關(guān)系形成的8個子陣，與兩套相控接收電路[3]，可以分別形成兩個軸向的前向和后向、左向和右向的4個波束；而輸入電路[4]可以由二極管、放大器和減法器[8]構(gòu)成(見附圖6)，也可以由二極管、放大器和變壓器[8’]構(gòu)成(見附圖7)；而發(fā)射電路[2]可以同時在一個軸向的前向和后向兩個方向上發(fā)射信號，按附圖9和附圖10則可以同時在兩個軸向的前向、后向、左向和右向4個方向上發(fā)射信號。
綜上所述，本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)中由于采用了相控陣技術(shù)，使該設(shè)備具備的優(yōu)點(diǎn)是相控陣[1]或[1’]的輸出只有4個或8個子陣，而不是m×m個基元，從而使電路變得十分簡單，設(shè)備體積大為減少；另外，兩個發(fā)射和接收波束的波束角基本固定，且隨聲速的變化而有所變化，使得系統(tǒng)可以對聲速的變化進(jìn)行自動補(bǔ)償。本實(shí)用新型可應(yīng)用在多普勒速度計(jì)程儀上，有利于提高測速精度。


圖1波束形成器采用兩個90°移相電路的相控陣及其相控收發(fā)裝置原理框圖圖2波束形成器采用兩個±45°移相電路的相控陣及其相控收發(fā)裝置原理框圖圖3相控陣及其相控收發(fā)裝置的輸入電路連接和原理圖圖4相控陣及其相控收發(fā)裝置的連接成一維4個子陣的相控陣基元連接關(guān)系圖圖5相控陣及其相控收發(fā)裝置的連接成二維8個子陣的相控陣基元連接關(guān)系圖圖6相控陣及其相控收發(fā)裝置的輸入電路采用減法器的相控接收電路圖圖7相控陣及其相控收發(fā)裝置的輸入電路采用變壓器的相控接收電路圖圖8相控陣及其相控收發(fā)裝置在一個軸向的前向和后向兩個方向發(fā)射信號的相控發(fā)射電路圖圖9相控陣及其相控收發(fā)裝置同時在兩個軸向4個方向發(fā)射信號的一種相控發(fā)射電路圖圖10相控陣及其相控收發(fā)裝置同時在兩個軸向4個方向發(fā)射信號的另一種相控發(fā)射電路圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一種電路實(shí)現(xiàn)形式(見附圖6、8)，用一個相控陣[1]、一套相控發(fā)射電路[2]和一套相控接收電路[3]可以同時實(shí)現(xiàn)一個軸向2個方向的波束。
本實(shí)用新型的另一種電路實(shí)現(xiàn)形式(見附圖6、9)，用一個相控陣[1’]、兩套相控發(fā)射電路[2]或一套相控發(fā)射電路[2’]和兩套相控接收電路[3]可以同時實(shí)現(xiàn)兩個軸向4個方向的波束。
本實(shí)用新型的電路最佳實(shí)現(xiàn)形式(見附圖6、10)，用一個相控陣[1’]、一套相控發(fā)射電路[2”]和兩套相控接收電路[3]可以同時實(shí)現(xiàn)兩個軸向4個方向的波束。
此外，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)靈活，其中相控陣可以是[1](見圖4)，也可以是[1’](見圖5)；相控發(fā)射電路可以是[2](見圖8)，也可以是[2’](見圖9)，還可以是[2”](見圖10)。
本實(shí)用新型相控接收電路[3]中所采用的運(yùn)算放大器可以自行設(shè)計(jì)，也可以選用OP37型號，其放大器指標(biāo)增益帶寬積40MHz、共模抑制比120；采用的晶體管為中功率和大功率管，可以根據(jù)實(shí)際的發(fā)射功率自行設(shè)計(jì)；采用的相控陣[1]或[1’]為哈爾濱工程大學(xué)水聲研究所設(shè)計(jì)的由無錫721廠加工生產(chǎn)的基陣。
本實(shí)用新型利用了相控陣技術(shù)，包括相控陣、相控發(fā)射電路、相控接收電路，使該設(shè)備的電路設(shè)計(jì)變得簡單、靈活，實(shí)現(xiàn)形式多樣，同時還具有聲速修正的功能，因此，它可以作為多普勒測速儀的硬件部分。
權(quán)利要求1.一種相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于它包括相控陣[1]和相控發(fā)射電路[2]、相控接收電路[3]，相控發(fā)射電路[2]產(chǎn)生兩個方向的波束信號通過相控陣[1]或[1’]，將信號發(fā)射到水中，回波信號經(jīng)相控陣[1]、相控接收電路[3]輸出為兩個方向的波束信號。
2.如權(quán)利要求1所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于相控陣[1]是由晶體陶瓷片切割而成m×m個基元，每隔3個基元用短路線連接，形成軸向4個子陣X1、X2、X3、X4。
3.如權(quán)利要求1所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于相控陣[1]或[1’]可以連接成一維的4個子陣或連接成二維子陣，其中X軸方向上形成4個子陣X1、X2、X3、X4，Y軸方向上也形成4個子陣Y1、Y2、Y3、Y4。
4.如權(quán)利要求1所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于用一個相控發(fā)射電路[2]形成兩個相控發(fā)射波束和用一套相控接收電路[3]形成兩個相控接收波束；而無論基元數(shù)多大，其相控發(fā)射電路[2]和相控接收電路[3]可以不變。
5.如權(quán)利要求1所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于相控接收電路[3]包括輸入電路[4]、90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]、加法求和電路[7]，信號經(jīng)輸入電路[4]、90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]加到加法求和電路[7]上，其輸出為兩個方向的波束。
6.如權(quán)利要求5所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于輸入電路[4]可以用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的加法求和電路[8]和二極管構(gòu)成，也可以由變壓器[8’]和二極管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于90°移相電路[5]和0°移相的連接線[6]，也可以由+45°移相電路[5’]和-45°移相電路[6’]組成。
8.如權(quán)利要求1所述的相控陣及其相控收發(fā)裝置，其特征在于構(gòu)成X、Y兩個軸方向的發(fā)射電路可以是兩套相控發(fā)射電路[2]，也可以是一套相控發(fā)射電路[2’]或[2″]。
專利摘要一種相控陣及其相控收發(fā)裝置，它包括相控陣和相控發(fā)射電路、相控接收電路。其中相控接收電路又包括輸入電路，+90°移相電路和0°移相的連接線和加法求和電路。相控陣是由晶體陶瓷片切割成m×m個基元，每隔3個基元用短路線連接，形成軸向4個子陣。實(shí)現(xiàn)了由一個相控發(fā)射電路形成兩個相控發(fā)射波束的功能和一套相控接收電路形成兩個接收相控波束的功能，使電路設(shè)計(jì)變得簡單和實(shí)現(xiàn)形式多樣。其特點(diǎn)是無論基元數(shù)多大，相控發(fā)射電路和相控接收電路可以不變；兩個發(fā)射和接收波束的波束角基本固定，且隨聲速的變化而有所變化，使得系統(tǒng)可以對聲速的變化進(jìn)行自動補(bǔ)償。本實(shí)用新型可應(yīng)用在多普勒速度測量儀和多普勒速度計(jì)程儀上。
文檔編號G01S7/523GK2742453SQ20042006307
公開日2005年11月23日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者田坦, 盧逢春, 孫大軍, 張殿倫, 呂云飛, 樊世斌 申請人:哈爾濱工程大學(xué)