专利名称：一种对流层风廓线雷达天线阵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及雷达探测领域，特别是涉及ー种对流层风廓线雷达天线阵。
背景技术：
对流层风廓线雷达电扫描天线阵是现代雷达技术应用于睛空大气探测的成功范例。由于睛空大气的无线电回波极其微弱，所以需要采用各种方法提高信号的检测能力，其中对流层风廓线雷达采用的是大口径天线阵和波束电扫描。对流层风廓线雷达天线阵的阵元有振子天线、八木天线、微带天线等，天线有反射抛物面和天线阵，根据使用场合选用合适的配置。一般对流层风廓线雷达天线阵口径都很大，阵元很多，波束电扫描时天线阵馈电网络十分复杂及昂贵。所以对于业务应用的对流层风廓线雷达天线阵大多采用在保证系统性能的前提下简化设计的思路，生成各种类型的实用天线阵，一方面节省成本，另ー方面提高系统可靠性和减轻维护经费。 美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and AtmosphericAdministration, NOAA)的风廓线仪不范网(WPDN ffind Profiler DemonstrationNetwork)所用天线阵称为CoCo (同轴共面)天线阵，该天线系统由两个完全相同的面阵相互轴向正交，上下重叠构成。现有的WPDN风廓线仪天线排布中西北-东南走向的平行CoCo线阵是上面阵，生成东波束和西波束；东北-西南走向的平行CoCo线阵是下面阵，生成北波束、南波束和垂直波束。每个面阵由20行线阵组成，其中两端各4行由2个子线阵组成，其他各行由3个子线阵组成，每个面阵共有52个子线阵，每个子线阵由12个半波振子组成。上面阵和下面阵上下重叠，相互成90度正交排列，阵面下四分之一波长处有地平面。由于每个子线阵只需ー个馈电ロ，所以大大简化了馈电网络。子线阵由天线罩包裹，内部充干燥氮气，确保子阵防雨，防潮。该方案采用特殊的CoCo天线阵既达到性能指标要求，又大大简化馈电网络和生产、安装过程。但是，在实际使用中却发现，上述WPDN风廓线仪对低模式高端(5-7公里)探測能力差，经常检测不出有用信号，如何能创设ー种可弥补5-7公里处探测能力不足的新型结构的对流层风廓线雷达天线阵，已成为当前本领域亟需改进的目标。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种对流层风廓线雷达天线阵，具有更大口面，提高雷达系统探測威力，同时克服现有的WPDN风廓线仪对低模式高端(5-7公里)探測能力不足的缺点。为解决上述技术问题，本实用新型一种对流层风廓线雷达天线阵，由两个完全相同的面阵相互轴向正交、上下重叠构成，每个面阵由30行线阵组成，其中两端各6行线阵分别由2个子线阵组成，其他各行线阵由3个子线阵组成；每个子线阵由12个半波辐射元组成。作为本实用新型的一种改进，所述的子线阵长度为3. 89m，线阵间距为0. 428m，线阵内子线阵周期为4m。所述的天线阵的尺寸为12X12. 8m2，天线口面为130m2。所述的半波辐射元是长度等于二分之一波长的振子天线。所述的半波辐射元两两相接时，其粗细外导体对换。所述的组成两端各6行线阵的2个子线阵通过行分配电缆连接于同一耦合器；组成其它各行线阵的3个子线阵通过行分配电联连接于同一功分器。采用这样的结构后，本实用新型至少具有以下优点I、本实用新型仍采用WPDN的CoCo天线阵类型，在满足性能指标的要求下，还具有结构简单、可靠性好、生产方便、成本低、维护工作量小等优点； 2、本实用新型根据子线阵频率不同，对子线阵的尺寸做了修改，由30行线阵组成，子线阵数目增大至78个，行间距适当减小，天线阵口面增大至I. 4倍，发射和接收能力也提高I. 4倍，结合发射功率的提高，整体雷达威力可提高2. 24倍，大大改善了 5-7公里的探测能力；3、本实用新型重新设计口面场分布，根据阵面设置设计馈电网络加权方案，以得到最好的天线性能指标，尤其是增益、波束宽度和副瓣电平，改善了天线性能，因此更加适于实用。
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。图I是本实用新型对流层风廓线雷达天线阵的排布示意图。图2是本实用新型对流层风廓线雷达天线阵的上、下面阵组合俯视图。图3是本实用新型对流层风廓线雷达天线阵的实测大气水平风廓线图。
具体实施方式
请参阅图I、图2所示，本实用新型一种对流层风廓线雷达天线阵，采用CoCo (同轴共面)天线阵，由两个完全相同的面阵相互轴向正交、上下重叠构成，其每个面阵由30行线阵组成，其中两端各6行线阵分别由2个子线阵I组成，其他各行线阵由3个子线阵I组成，每个面阵共有78个子线阵1，每个子线阵由12个半波辐射元组成。其中，组成两端各6行线阵的2个子线阵可通过行分配电缆连接于同一耦合器，组成其它各行线阵的3个子线阵可通过行分配电联连接于同一功分器。半波辐射元是长度等于二分之一波长的振子天线，两两相接时，其粗细外导体对换。较佳的，为了照顾阵面长宽尺度，本实用新型适当减小了线阵的行间距各子线阵的长度A优选为3. 89m ;斜波束天顶角为15. 22度，行间移相角为60度，线阵间距B为O. 635波长，对于445MHz的工作频率，波长为O. 674m, O. 635波长即为O. 428m ;线阵内子线阵周期C为4m。天线阵的尺寸为12X12. 8m2，天线口面达到130m2，更利于提高探测弱信号的能力。子线阵面积等于子线阵周期乘以行间距，由以上参数可知本实用新型风廓线仪子线阵面积=O.428*4 = I. 71m2,[0026]面阵ロ面=子线阵面积*子线阵个数=133. 5m2 ；而WPDN 天线子线阵面积=0.474*3. 81 = I. 81m2，面阵ロ面=子线阵面积*子线阵个数=I. 81*52 > 94m2 ；因此，本实用新型的天线ロ面是WPDN天线ロ面的I. 42倍(I. 5dB)。由于在天线阵元类型，阵元布阵方案，加权方案等的选择上有很大的自由度，所以有各种天线阵配置。本实用新型天线阵是在满足性能指标要求下，结构最简单，可靠性好，生产方便，成本低和维护工作量少。本实用新型对流层风廓线雷达天线阵，増大了天线ロ面，从而增加了天线威力，配合峰值功率20KW的雷达发射机、接收机和信号处理等分系统的改迸，并提高下探高模式的起始探测高度，可获得4. 58倍増益(6. 6dB)，进ー步提高中层高度的探測能力。请配合參阅图3所示，实测数据证实应用本实用新型的雷达系统在中层高度的探測能力大大提高，在5至7公里高度数据完好，且最高探測高度达到17Km，消除了探测低模式和高模式间无数据的空白区域。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述掲示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。权利要求1.一种对流层风廓线雷达天线阵，由两个完全相同的面阵相互轴向正交、上下重叠构成，其特征在干 每个面阵由30行线阵组成，其中两端各6行线阵分别由2个子线阵组成，其他各行线阵由3个子线阵组成； 每个子线阵由12个半波辐射元组成。
2.根据权利要求I所述的ー种对流层风廓线雷达天线阵，其特征在于所述的子线阵长度为3. 89m，线阵间距为O. 428m，线阵内子线阵周期为4m。
3.根据权利要求I所述的ー种对流层风廓线雷达天线阵，其特征在于所述的天线阵的尺寸为12X12. 8m2，天线ロ面为130m2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种对流层风廓线雷达天线阵，其特征在于所述的半波辐射元是长度等于二分之一波长的振子天线。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种对流层风廓线雷达天线阵，其特征在于所述的半波辐射元两两相接时，其粗细外导体对换。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种对流层风廓线雷达天线阵，其特征在于所述的组成两端各6行线阵的2个子线阵通过行分配电缆连接于同一耦合器；组成其它各行线阵的3个子线阵通过行分配电联连接于同一功分器。
专利摘要本实用新型是有关于一种对流层风廓线雷达天线阵，由两个完全相同的面阵相互轴向正交、上下重叠构成，每个面阵由30行线阵组成，其中两端各6行线阵分别由2个子线阵组成，其他各行线阵由3个子线阵组成；每个子线阵由12个半波辐射元组成。本实用新型采用WPDN的CoCo天线阵类型，在满足性能指标的要求下，具有结构简单、可靠性好、生产方便、成本低、维护工作量小等优点，并增大了子线阵数目，增大了雷达系统探测威力，同时改善了5-7公里的探测能力。
文档编号H01Q1/36GK202423559SQ20112054563
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者李佳, 梁学东 申请人:北京敏视达雷达有限公司