CN102981163B - 天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，其特征在于：电子机箱安装在天线的背部中心部位，电子机箱的左右侧壁上连接天线的俯仰轴，后壁对应馈线的位置开波导连接口；所述电子机箱的内部设有接收机，接收机前端，电源，IFD数字中频模块、发射机系统、信号处理器和发射机散热风扇；所述接收机前端位于电子机箱的后壁，通过电长度相同的第一弯波导和第二弯波导分别与馈线的两个接收口相连；所述接收机系统和发射机系统与天线馈线间相对位置固定不变；所述发射机通过发射波导与馈线的发射口连接。

Description

天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构

技术领域

本发明属于机械电子融合技术领域，涉及一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构。

背景技术

双偏振天气雷达的工作原理：通过天馈线向天空的云层辐射电磁波波束，电磁波探测气象现象并反射回波，接收机不失真地线性接收并放大气象回波，回波中包含水平极化分量和垂直极化分量，接收后经过数据处理解算出天气目标的气象参数，为了区分水粒子的种类，要求雷达能够将雷达极化矢量分解成水平极化分量和垂直极化分量，以确定所探测气象粒子的极化参数和对粒子进行分类。

国内现有的双偏振天气雷达的结构布局都是将发射机、接收机等设备安装布置在一个电子机柜内，电子机柜安装在靠近天线的某个位置，电子机柜和天线系统分离。在雷达系统搭建时，电子机柜内的设备用波导与天线系统的馈线相连，一个支路为发射机与馈线的发射口连接，另两个支路是接收机分别与馈线部分的水平接收口和垂直接收口相连接。由于双偏振气象雷达均采用方位和俯仰两维机械扫描形式，这样就需在接收波导支路上增加双路方位旋转关节和双路俯仰旋转关节，旋转关节的引入除了对水平/垂直两路接收信号幅度和相位一致性影响非常大以外，天线旋转时，信号的幅度和相位会随着旋转角度发生变化。

双偏振天气雷达要求水平接收支路和垂直接收支路的相位一致性很高，相位一致度小于1°。目前国内的双路波导旋转关节相位一致性的技术水平能达到4°，而国外的双路波导旋转关节相位一致性的技术水平能达到1°，但是价格十分昂贵，且对安装要求很高，不能满足双偏振天气雷达成本要求。国内现有的双偏振天气雷达均采用了波导旋转关节，导致测出气象粒子的双偏振参数误差较大。不仅不同型号的雷达给出的气象粒子的极化参数离散度较大，同一型号不同批次的雷达也会出现较大的极化测量参数误差。

基于以上问题的分析，如果能保证两个接收支路不使用波导旋转关节，而且还要保证接两路接收波导的电长度尺寸相同，就能满足雷达指标要求。

另外如果天气雷达为车载机动式雷达，在雷达撤收运输时，还要求天线和天线座能倒伏在车载设备舱内。如果将收发机柜和天线分离，每次雷达撤收时，都需要拆掉一段波导；每次雷达架设时，都需要将拆掉的波导连接到雷达的发射支路和接收支路中，这样会增加天气雷达的架设时间，还会降低雷达的可靠性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，将收发系统中集成高的电子设备安装至天线背部的电子机箱内。用于解决天气雷达接收两路信号相位一致度的技术问题。

技术方案

一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，其特征在于：电子机箱3安装在天线1的背部中心部位，电子机箱3的左右侧壁上连接天线的俯仰轴，后壁对应馈线的位置开波导连接口；所述电子机箱3的内部设有接收机4，接收机前端9，电源5，IFD数字中频模块6、发射机系统7、信号处理器8和发射机散热风扇13；所述接收机前端9位于电子机箱的后壁，通过电长度相同的第一弯波导11和第二弯波导12分别与馈线的两个接收口相连；所述接收机系统和发射机系统与天线馈线间相对位置固定不变；所述发射机通过发射波导10与馈线的发射口连接。

所述电子机箱3的中心为电源5，左右两侧分别为接收机4和固态发射机系统7，IFD数字中频模块6设在电源5之上；信号处理器8位于接收机4的上部，发射机系统7的上部设有发射机散热风扇13。

有益效果

本发明提出的一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，在设计双偏振天气雷达站时，将频率源系统、发射机系统、接收机系统和信号处理器等设备安装在天线背部电子机箱内，该机箱与天线系统固连一体进行俯仰运动，实现天气雷达的工作扫描。同时由于发射支路和两个接收支路都用波导连接，没有波导旋转关节，而且两路接收连接波导的电长度也一致。采用了这种结构布局形式，消除了波导旋转关节，降低了由于波导旋转关节引起的相位和幅度不一致性带来的测量误差。由于取消了波导旋转关节，对于有效解决接收两路相位一致性要求高的技术难题出现了意想不到的技术效果，满足了雷达系统接收水平极化分量和垂直极化分量一致性的技术指标要求。

与现有技术相比，本发明双偏振天线雷达收发系统结构布局具有如下特点：

（1）与现有双偏振天气雷达天线收发系统布局方式相比，发射支路和接收支路上取消了旋转关节，满足了水平/垂直两路接收信号相位一致性。大大提高了雷达的测量精度。

（2）采用了体积较小的固态发射机，将发射系统、接收系统等设备安装在天线背部的电子机箱内，发射支路和接收支路都不包含波导旋转关节，提高了该雷达的可靠性和设备集成度；显著改善了雷达架设撤收的便捷性。

附图说明

图1：具有天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构的示意图；

图2：天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构的收发系统示意图；

图3：图2的中心剖面波导连接示意图；

1-天线，2-天线中心体，3-电子机箱，4-接收机，5-电源，6-IFD数字中频模块，7-发射机系统，8-信号处理器，9-接收机前端，10-发射波导，11-第一弯波导，12-第二弯波导，13-风机及风扇。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例参见图1和图2,采用了天线背部固连电子机箱的形式：电子机箱的左右侧壁上设计天线俯仰轴，机箱的右下部安装雷达发射机系统，机箱左下部安装固态雷达接收机，发射机后部安装接收机前端，机箱左上部安装信号处理器，发射机和接收机中间安装电源和I数字中频模块；在电子机箱的后壁对应馈线的位置开波导连接口；用一根波导将发射机和馈线的发射口连接；用两根电长度相同的弯波导将馈线的接收口和接收机前端连接；发射支路和两个接收支路都是通过硬波导直接与天线的馈源相连接的，取消了波导旋转关节，使得接收两路的相位一致性大大提高，接收两路的幅度和相位要求都在雷达系统指标范围内。接收机系统和发射机系统与天线馈线间相对位置是固定不变的，从而达到取消波导旋转关节的目的。

参见图3，接收机前端9用两根电长度相同的弯波导11和弯波导12分别与馈线的两个接收口相连，发射机系统7用一根发射波导10与馈线的发射口相连。

本收发系统结构布局应用于某天气雷达项目上，经过外场试验，并与国内外一些双偏振天气雷达进行数据比对，试验结果表明：将发射机系统和接收机系统安装在天线背部的电子机箱内，取消了波导旋转关节，消除了波导旋转关节造成水平/垂直两路接收信号相位不一致的影响，并使接收两路连接波导的电长度相等，使接收两路的相位一致性大大提高，满足了雷达系统接收水平极化分量和垂直极化分量一致性的技术指标要求。此外，该收发系统的设计布局还提高雷达整机的工作可靠性，提高了雷达设备集成度，为该雷达的高机动性做出了贡献。

本收发系统结构布局方案可以应用于其它类似的雷达上，提高雷达接收两路的相位一致性，消除波导旋转关节造成水平/垂直两路接收信号相位不一致的影响。

Claims (2)

1.一种天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，其特征在于：电子机箱（3）安装在天线（1）的背部中心部位，电子机箱（3）的左右侧壁上连接天线的俯仰轴，后壁对应馈线的位置开波导连接口；所述电子机箱（3）的内部设有接收机（4），接收机前端（9），电源（5），IFD数字中频模块（6）、发射机系统（7）、信号处理器（8）和发射机散热风扇（13）；所述接收机前端（9）位于电子机箱的后壁，通过电长度相同的第一弯波导（11）和第二弯波导（12）分别与馈线的两个接收口相连；所述接收机和发射机系统与天线馈线间相对位置固定不变；所述发射机系统通过发射波导（10）与馈线的发射口连接。

2.根据权利要求1所述的天线与收发系统一体化的双偏振天气雷达结构，其特征在于：所述电子机箱（3）的中心为电源（5），左右两侧分别为接收机（4）和发射机系统（7），IFD数字中频模块（6）设在电源（5）之上；信号处理器（8）位于接收机（4）的上部，发射机系统（7）的上部设有发射机散热风扇（13）。

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