[發明專利]一種雙偏振相控陣天線及雙偏振相控陣天氣雷達

在審

• 申請號: 202010533983.0
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111555015A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 高玉春;李忱;陳玉寶;陳虎;李昌興;陸建兵;梁海河;陳應春;王簫鵬;步志超;韓旭;邵楠
• 申請（專利權）人: 中國氣象局氣象探測中心
• 主分類號: H01Q1/12
• 分類號: H01Q1/12;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q3/38;H01Q15/24;H01Q21/00;H01Q21/06;H01Q23/00;G01S13/02;G01S13/95
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種雙偏振相控陣天線和雙偏振相控陣天氣雷達。其中，雙偏振相控陣天線，將多個雙極化行饋布設在橫圓柱形支撐面上，形成橫圓柱形的雙極化(偏振)微帶貼片天線，進而實現水平方向和垂直方向的兩個極化(偏振)信號的同時發射和同時接受，并且能夠保證波束寬度不變、天線增益不變、雙偏振性能不變的數字多波束信號。本發明提供的雙偏振相控陣天氣雷達采用上述形成的橫圓柱形的雙極化(偏振)微帶貼片天線，能夠保證不同掃描角度探測天氣的一致性，提高天氣目標三維立體構建的精確度。同時，能夠簡化現有相控陣天氣雷達對標校的要求，提高雙偏振相控陣天氣雷達的適應性。

技術領域

本發明涉及天氣檢測裝置領域，特別是涉及一種雙偏振相控陣天線及雙偏振相控陣天氣雷達。

背景技術

自雷達技術出現以來，將雷達用于氣象探測的研究一直在不斷發展中。天氣雷達是探測預警各類危險性天氣的最有效手段。世界上有多個國家建有氣象雷達網，我國也建有新一代天氣雷達網。目前業務使用的天氣雷達普遍采用機械掃描，完成一次體積掃描需要6分鐘左右的時間，難以滿足對一些變化快速的天氣現象的探測，相控陣天氣雷達采用電掃描的方式，掃描速度不受機械轉動性能的限制，并能多波束同時工作，因此采用相控陣天氣雷達實現快速探測成為下一代天氣雷達發展的主流。

采用雙偏振探測技術能夠得到氣象目標更多的參數，能更好地識別氣象目標，提供更精確的氣象信息，因此采用雙偏振探測已經成為氣象雷達領域的共識。將相控陣天氣雷達與雙偏振技術結合，成為可快速掃描的雙偏振相控陣天氣雷達，克服現行天氣雷達的不足，實現多功能探測。

相控陣天線陣列配置一般有一維線陣、二維平面陣和球面陣。

一維線陣一般是在方位或者俯仰上進行電掃，在另一維上采用機械旋轉，以完成全空域的氣象探測。二維平面陣天線需要多個面陣(通常是三個或者四個面)，成本較高。一維線陣和二維平面陣都存在波束指向偏離法線時，波束的各項參數非線性變化的特點。隨著波束掃描角變化，一維線陣或二維平面陣的波束寬度在變化，天線增益在變化，雷達照射體積也在變化，波束的偏振方向也隨之變化扭曲，并且此變化為非線性變化。球面陣在相控陣雷達中是最佳的，波束可靈活控制，在所有波束方向上都一致，但其制造成本也是最高。為解決平面相控陣波束掃描時各項參數的非線性變化，美國專利“Cylindricalpolarimetric phased arrayradar”(專利號US 2011/0285582A1)提出垂直圓柱形相控陣天氣雷達，保證雷達在方位掃描時波束的各項指標穩定不變，但此方法在俯仰掃描時仍然存在波束的非線性變化，并且俯仰掃描角度有限，無法掃描到天頂方向

發明內容

本發明的目的是提供一種雙偏振相控陣天線及雙偏振相控陣天氣雷達，以實現波束性能的無變化掃描，有效提升天氣探測和目標識別的準確度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種雙偏振相控陣天線，包括：橫圓柱形支撐面、支撐架和多個雙極化行饋；

所述支撐架與所述橫圓柱形支撐面匹配設置；所述支撐架用于支撐所述橫圓柱形支撐面；

多個所述雙極化行饋布設在所述橫圓柱形支撐面上，且多個所述雙極化行饋沿所述橫圓柱形支撐面的周向方向緊密排列。

優選的，還包括：數字收發模塊；

所述數字收發模塊包括多個雙通道數字T/R組件；

每一所述雙極化行饋對應一個所述雙通道數字T/R組件；所述雙通道數字T/R組件用于收發信號。

優選的，所述雙通道數字T/R組件包括數字接收單元和數字發射單元；

所述數字發射單元用于產生探測目標所需的調頻信號或相位編碼信號；所述數字接收單元用于接收目標反射回來的回波信號。

優選的，所述數字發射單元為全固態發射機。