数字阵列天气雷达低副瓣天线设计-论文.pdf

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1、2015年6月15日现代电子技术Jun．2015第38卷第12期ModernElectronicsTechniqueV01．38No．12数字阵列天气雷达低副瓣天线设计谢科(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥230088)摘要：为天气雷达设计一维相扫相控阵天线，方位面副瓣低于一30dB，波束宽度小于l。，俯仰面接收副瓣低于-40dB。方位面波束采用窄边波导裂缝阵列天线实现，采用全数字T／R组件精确控制幅度和相位，实现低于一40dB的俯仰面接收副瓣。测试结果表明，副瓣电平与波束宽度指标与理论值吻合较好，满足指标要求。关键词：数字

2、相控阵；低副瓣；校正；天气雷达中图分类号：TN957—34文献标识码：A文章编号：1004—373X(2015)12—0020—03DesignoflowsidelobeantennafordigitalarrayweatherradarXIEKe(No．38ResearchInstitute，CETC，Hefei230088，China)Abstract：Aone—dimensionalphasedarrayantennawasdesignedforweatherradar．Itssidelobeinazimuthisbetterth

3、an一30dB，thebeamwidthinazimuthislessthan1。，thereceivingsidelobeinelevationisbetterthan一4OdB．Thebeam．widthinazimuthisrealizedbythewaveguidena~ow—sideslotarrayantenna，all-digitalT／Rmodulewasadoptedtocontroltheamplitudeandphaseaccurately，sothatthereceivingsidelobebeingbetter

4、than一40dBinelevationisrealized．Themeasuredresultsshowthatthesidelobeleve]andbeamwidthcoincideswiththeoretica1valuesquitewel1．Thesystemmettherequirementsofdesignindexes．Keywords：digitalphasedarray；lowsidelobe；calibration；weatherradar0引言1天线设计多普勒天气雷达大多采用机械扫描方式进行观测，设计低副瓣的窄边波

5、导裂缝阵列天线，需要若干根扫描速度较慢，对快速多变的天气系统(如雷暴、冰雹和等倾角的波导裂缝线源组成平面阵列，精确确定在阵列龙卷风)的探测不能满足要求。相控阵天气雷达。可以互耦条件下的增量电导和缝隙的谐振长度。以前通常对指定空域的重点气象目标在一定方位和俯仰范围内采用试验来获得这些数据，费时费力而且成本较高。随进行连续探测，快速得到风暴单体的精细立体结构。要着商业电磁仿真软件的迅速发展，现在可采用HFSS仿求设计的天气雷达天线工作频率在x波段，相对带宽小真来获得这些数据，考虑互耦影响，先在HFSS建立实际于1％，天线极化为水平极化。一维

6、固定波束采用窄边设计阵列条件下的等倾角的5根裂缝波导组成的阵列波导裂缝阵列天线{3-5]来形成，一维相扫采用全数字T／R进行仿真，获得该倾角条件下的缝隙谐振长度和增量电组件控制相位来实现波束扫描。波导裂缝阵列天线容导。同理可获得其他倾角条件下的缝隙谐振长度和增易控制波导裂缝口径面的幅度分布，体积较小，口径面量电导。然后根据需要的电导分布来确定每个缝隙的利用效率高，易于实现低副瓣，带宽适中，在雷达中广泛倾角和切人深度，在HFSS中建立波导缝隙阵列天线的使用。全数字相控阵可实现的最小相移量可以十分小，仿真模型，对波导裂缝天线电性能进行仿真计

7、算。窄边波束跃度可以非常小，波束指向的实现十分灵活和准波导裂缝线源如图1所示。确。移相器量化误差非常小，量化副瓣几乎可忽略不计，为实现超低副瓣带来了现实的可能性。图1窄边波导裂缝线源示意图收稿日期：2014。12．29为了满足方位面波束宽度小于1。和副瓣电平优22现代电子技术2015年第38卷幅度和相位的精度控制要求非常高。图8显示的3次接测试结果表明，方位面波∞2束丑宽显R度为器0．98。，最大副瓣∞p，匝邑收校正补偿后相位分布。3次接收校正补偿后通道之电平为一32．5dB；俯仰。面珈接圳收DB珈F铷测试最大副瓣。间相位起伏在±1。之

8、内。在此基础上对天线的方向图进约-42dB，满足指标要求。方位面最大副瓣测试结果优行测试，测试结果如图9所示。于仿真结果，经分析其主要是由于实际有128根波导裂缝线源组成阵列，比仿真规模大不少，系统对加工误