双偏振相控阵天气雷达天线阵制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双偏振相控阵天气雷达天线阵，包括依次并列交错设置的脊波导窄边和脊波导宽边；所述脊波导窄边沿轴向依次开设有多条斜缝，作为水平极化天线；所述脊波导宽边沿轴向依次开设有多条纵缝，作为垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成脊波导裂缝平面天线阵。本实用新型专利技术天线可实现水平和垂直波束指向高度一致，改善传统模式下产生的垂直偏振分量，以及辐射缝隙不共线恶化交叉偏振的现象，使得两种偏振的交叉偏振比大大高于相控阵双偏振微带天线的30dB，避免了传统相控阵双偏振微带天线插损大，成本高的缺点，具有高增益，低成本，低交叉偏振的优点。

【技术实现步骤摘要】
双偏振相控阵天气雷达天线阵
本技术涉及天线领域，具体涉及一种双偏振相控阵天气雷达天线阵。
技术介绍
相控阵双偏振多普勒天气雷达在相控阵天气雷达的基础上增加偏振测量功能，在单极化相控阵天气雷达所获取天气目标强度、速度、谱宽信息的基础上进一步获取云雨目标粒子相态、粒子尺寸谱和介电常数等微物理信息，大大提高相控阵天气雷达定量测量降水量、云中含水量的精度，实现云雨目标相态及零度层识别，对灾害性天气的预报和保障能力大大提高。发展相控阵双偏振天气雷达，可获取更多的气象目标的微观信息提高对短临危险天气精细探测，对于实现气象雷达探测技术跨越和实现天气雷达装备的更新换代具有重要作用。交叉偏振比和水平与垂直波束指向一致性是双偏振天气雷达获取精准双偏振数据参量的必要前提。相控阵双偏振天线在交叉极化比和水平垂直波束指向一致性均会随着波束相扫发生变化，因此双偏振相控阵天线设计的成败决定了相控阵双偏振天气雷达能否投入业务运行。本技术天线采用的双偏振脊波导缝隙天线实现相控阵双偏振天线水平与垂直交叉极化比≥33dB，水平和垂直波束指向差不大于波束宽度的5%的重要双偏振天线指标。本技术天线通过8（水平）+8（垂直）子阵脊波导双偏振天线设计和子阵整体加工，减少了焊接次数，提高了工程生产效率和每行线源加工的一致性,同时天线子阵强度高，重量轻，变形小，克服了脊波导双偏振天线水平垂直波束指向一致性要求加工精度高，工程不易实现的缺点。本技术天线仿真和实物测试均达到了设计指标。从而实现相控阵双偏振脊波导缝隙天线工程化，可为相控阵双偏振体制天气雷达天线体制提供更为科学的选择。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有设计加工工艺技术的不足，提供一种双偏振相控阵天气雷达天线阵脊波导实现形式，用于改善传统模式下产生的垂直偏振分量，以及辐射缝隙不共线恶化交叉偏振的现象。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双偏振相控阵天气雷达天线阵，包括依次并列交错设置的脊波导窄边和脊波导宽边；所述脊波导窄边沿轴向依次开设有多条斜缝，作为水平极化天线；所述脊波导宽边沿轴向依次开设有多条纵缝，作为垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成脊波导裂缝平面天线阵。进一步的，所述脊波导窄边上相邻斜缝间距为20.8±0.02mm，斜缝数量为80。进一步的，所述纵缝间距为22.1±0.02mm，纵缝宽度为1.7±0.02mm，纵缝长度为，纵缝数量为76。进一步的，所述纵缝沿脊波导宽边轴向交错分布，其偏移量为0.02m。进一步的，每根脊波导窄边和脊波导宽边一端分别连接一同轴连接器，其另一端分别连接一同轴负载。本技术的有益效果是：双偏振相控阵脊波导天线在200MHz带宽下水平和垂直波束指向一致性波束指向差≤5%，交叉偏振比≥33dB，交叉偏振比高于相控阵双偏振微带天线的30dB，避免了传统相控阵双偏振微带天线插损大，成本高的缺点，具有高增益，低成本，低交叉偏振的优点。采用8（水平）+8（垂直）子阵整体加工减少了焊接次数，提高了工程生产效率和每行线源加工的一致性,同时天线子阵强度高，重量轻，变形小，克服了脊波导双偏振天线水平垂直波束指向一致性要求加工精度高，工程不易实现的缺点。附图说明图1是本技术平面示意图；图2是图1沿垂直方向的剖面图；图3是本技术侧视图；图4是宽边开缝参数图；图5是裂缝间距与输入反射系数关系图；图6是9.5GHz子阵测试方向图；图7是9.4GHz子阵测试方向图；图8是9.3GHz子阵测试方向图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本技术的技术方案，但本技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种双偏振相控阵天气雷达天线阵，包括依次并列交错设置的脊波导窄边1和脊波导宽边2；所述脊波导窄边1沿轴向依次开设有多条斜缝3，作为水平极化天线；所述脊波导宽边2沿轴向依次开设有多条纵缝4，作为垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成脊波导裂缝平面天线阵。进一步的，所述脊波导窄边1上相邻斜缝3间距为20.8±0.02mm，斜缝3数量为80。进一步的，所述纵缝4间距为22.1±0.02mm，纵缝4宽度为1.7±0.02mm，纵缝4长度为，纵缝4数量为76。进一步的，所述纵缝4沿脊波导宽边2轴向交错分布，其偏移量为0.02m。进一步的，每根脊波导窄边1和脊波导宽边2一端分别连接一同轴连接器5，其另一端分别连接一同轴负载6。垂直面若要满足相扫±18°的要求，一维相扫双偏振相控阵天线根据理论计算，天线单元间距为23mm。即水平极化和垂直极化天线单元间距均不能大于24mm。由于两种规格天线交替排列，按两种天线无间隔排列，两种波导外形尺寸之和也不能超过24mm。在X波段，通常有BJ84和BJ100两种规格的标准波导，若选取较小的BJ100型波导，波导尺寸为22.86mm×10.16mm×1mm。波导宽边和窄边交替排列，间距为37.02mm。此间距远远大于所要求的单元间距，所以天线线源已不能选取传统常规标准波导，必须把波导尺寸进行压缩。单脊波导的特点是波导中间有凸起的脊，与矩形波导相比，脊波导由于凸缘电容的作用，TE10波的截止波导比矩形波导中TE10波的截止波长更长，因此，可以通过压缩宽边尺寸来得到需要的波导尺寸。权衡加工和设计，最终确定窄边线源单脊波导外形尺寸为18mm×7.2mm×1mm。宽边线源单脊波导尺寸为11.7mm×9.5mm×1mm。两种波导间距为18.9mm，可以满足天线单元间距24mm的要求。水平极化天线采用脊波导窄边开斜缝的方式实现，垂直极化天线采用脊波导宽边开纵缝的方式实现，两种波导缝隙天线交替配置形成天线面阵。该天线具有效率高、功率容量大、低剖面、设备数量少、发射功率利用效率高等优点。水平极化天线采用脊波导窄边斜缝，为了满足200M的频带要求，通过理论公式计算可知，全频带单元间距需满足小于的间距要求，同时由裂缝间距与输入反射系数的关系可知，间距靠近半波导波长时，反射系数急剧增大，所以间距选取时以高频为依据，并留有一定余量，间距选取为20.8mm。根据得到的窄边天线长度和缝隙间距根据公式即可得到缝隙数量为80。垂直极化天线采用脊波导宽边纵缝形式，同理通过计算频带内波导波长后，为保证两种线源频率指向偏差一致，通过计算得到间距为22.1mm。根据得到的天线长度和缝隙间距根据公式即可得到缝隙数量为76。参考图5-图8所示，双偏振相控阵脊波导天线在200MHz带宽下水平和垂直波束指向一致性波束指向差≤5%，交叉偏振比≥33dB，交叉偏振比高于相控阵双偏振微带天线的30dB，避免了传统相控阵双偏振微带天线插损大，成本高的缺点，具有高增益，低成本，低交叉偏振的优点。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当理解本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双偏振相控阵天气雷达天线阵，其特征在于，包括依次并列交错设置的脊波导窄边（1）和脊波导宽边（2）；/n所述脊波导窄边（1）沿轴向依次开设有多条斜缝（3），作为水平极化天线；/n所述脊波导宽边（2）沿轴向依次开设有多条纵缝（4），作为垂直极化天线；/n所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成脊波导裂缝平面天线阵。/n

【技术特征摘要】
1.一种双偏振相控阵天气雷达天线阵，其特征在于，包括依次并列交错设置的脊波导窄边（1）和脊波导宽边（2）；
所述脊波导窄边（1）沿轴向依次开设有多条斜缝（3），作为水平极化天线；
所述脊波导宽边（2）沿轴向依次开设有多条纵缝（4），作为垂直极化天线；
所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成脊波导裂缝平面天线阵。


2.根据权利要求1所述的双偏振相控阵天气雷达天线阵，其特征在于，所述脊波导窄边（1）上相邻斜缝（3）间距为20.8±0.02mm，斜缝（3）数量为80。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，付亚鹏，解妍琼，韩月琪，寇正，沈冰，孔胜，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32