一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络的制作方法

1.本发明涉及天线与微波技术，特别是一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络。


背景技术：

2.早期气象雷达大多采用单偏振体制和机械扫描体制，随着现阶段对气象预报要求越来越高，特别是对短时恶劣天气的识别能力要求提高，引入了双偏振体制气象雷达。该体制雷达在强降水估测、相态识别、非气象回波识别等方面有明显的优势。双偏振雷达既能发射和接收水平偏振波，又能发射和接收垂直偏振波。根据两种极化波的不同发射方式，双偏振雷达分为交替发射和同时同频发射两种技术体制。
3.传统的双极化网络实现方式通常采用独立的网络组成方式，随着天线阵面规模越来越大，馈电网络越来越多，互联电缆也越来越多，不利于降低系统成本及重量。本发明主要解决传统馈电网络互连方式集成度低、互连复杂、重量重等问题，开发一种双极化网络将同一个维度方向的水平极化信号和垂直极化信号进行分配及合成，同时满足低成本及高精度幅度相位分布需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络，主要为满足s波段双偏振气象雷达的双极化波束形成需求，在同一个维度方向同时提供水平极化信号和垂直极化信号，采用一体化设计技术，通过型材拉制初步加工成型、腔体复用、设置横竖隔墙消除串扰等措施实现低成本、轻量化、高精度幅相分布目标。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现。
6.一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络，采用空气栅板线结构形式，分两层腔体，叠层关系从上至下分别为盖板(1)、介质支撑1(2)、内导体1(3)、介质支撑2(4)、竖隔墙1(5)、横隔墙1(6)、双层腔体(7)、竖隔墙2(8)、横隔墙2(9)、介质支撑3(10)、内导体2(11)、介质支撑4(12)、底板(13)，输入输出端口设置为连接器(14)、水平极化网络及垂直极化网络电路的隔离选用隔离电阻(15)。
7.盖板(1)用于水平极化电路层的信号屏蔽，介质支撑1(2)用于保证盖板(1)与内导体1(3)的要求间距，内导体1(3)用于形成水平极化信号的电路层，介质支撑2(4)用于保证内导体1(3)与双层腔体(7)的要求的间距，竖隔墙1(5)用于消除内导体1(3)电路纵向间的信号串扰，横隔墙1(6)用于消除内导体1(3)电路横向间的信号串扰，双层腔体(7)用于形成空气栅板线的内腔并同时用于水平极化及垂直计划网络，竖隔墙2(8)用于消除内导体2(11)电路纵向间的信号串扰，横隔墙2(9)用于消除内导体2(11)电路横向间的信号串扰，介质支撑3(10)用于保证内导体2(11)与双层腔体(7)的要求的间距，内导体2(11)用于形成垂直极化信号的电路层，介质支撑4(12)用于保证内导体2(11)与底板的要求的间距，底板(1)用于垂直极化电路层的信号屏蔽，连接器(14)用于信号的输入及输出，隔离电阻(15)用于内导体1(3)、内导体2(11)内部电路匹配隔离。
8.水平极化网络和垂直极化网络的栅板线腔体采用型材拉制初步成型。
9.水平极化网络和垂直极化网络的栅板线结构的底板及腔体共用。
10.相比于现有技术，本发明的优点在于：1.低成本：本发明的高成本部分为双层腔体部分，采用型材拉制，在原材料阶段就将电路需要的腔体结构进行初步成型，极大减少后期机加工成本；
11.2.重量轻：本发明的双极化行馈网络改变了传统的多种电路结构上进行独立设计的模式，将水平极化电路及垂直极化电路的底板进行复用，双极化行馈网络的重量远小于传统分立结构形式；
12.3.高精度幅相分布：本发明的双极化行馈网络内部集成了一定数量的竖隔墙及横隔墙，消除了信号在纵向及横向间的串扰，提高了信号分配及合成精度。
附图说明
13.图1为本发明实施例双极化行馈网络的电原理图。
14.图2为本发明实施例双极化行馈网络层叠关系图。
15.图3为本发明实施例双极化行馈网络装配图。
16.图4为本发明实施例双极化行馈网络去除盖板后局部放大示意图。
17.图5为本发明实施例双极化行馈网络盖板示意图。
18.图6为本发明实施例双极化行馈网络内导体1示意图。
19.图7为本发明实施例双极化行馈网络内导体1、内导体2支撑示意图。
20.图8为本发明实施例双极化行馈网络双层腔体剖面示意图。
21.图9为本发明实施例双极化行馈网络双层腔体局部示意图。
22.图10为本发明实施例双极化行馈网络连接器焊接示意图。
23.图11为本发明实施例双极化行馈网络隔离电阻焊接示意图。
具体实施方式
24.下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
25.参考图1，本发明实施例一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络具有信号分配及波束形成功能，同时实现水平极化信号及垂直计划信号的分配与合成。本发明的双极化行馈网络(m4)采用空气栅板线结构形式，分两层腔体，叠层关系，有两层电路组成，分别为水平极化网络(n1)和垂直极化网络(n2)，两层网络权值分布完全一样，电原理图完全一样，如图1所示。网络为1分32不等分网络，由31个不等分威尔金森功分电路(w1)级联而成，功分电路(w1)之间用50欧姆线进行连接，输出端口(p1～p32)通过50欧姆线(z1)连接，输入端口(p0)通过50欧姆线(z2)连接。
26.参考图2为本发明实施例的截面叠层关系图，从上至下分别为盖板(1)、介质支撑1(2)、内导体1(3)、介质支撑2(4)、竖隔墙1(5)、横隔墙1(6)、双层腔体(7)、竖隔墙2(8)、横隔墙2(9)、介质支撑3(10)、内导体2(11)、介质支撑4(12)、底板(13)。输入输出端口设置为连接器(14)、水平极化网络及垂直极化网络电路的隔离选用隔离电阻(15)。其中盖板(1)和底板(13)完全一样，介质支撑1(2)与介质支撑4(12)完全一样，内导体1(3)和内导体2(11)完全一样，介质支撑2(4)与介质支撑3(10)完全一样，竖隔墙1(5)与竖隔墙2(8)完全一样，横
隔墙1(6)与横隔墙2(9)完全一样。
27.参考图3为本发明实施例的装配示意图。内导体1(2)、内导体2(11)通过介质支撑1(2)、介质支撑2(4)、介质支撑3(10)、介质支撑4(12)安装在双层腔体(7)的两面。其中内导体1(2)、介质支撑1(2)、介质支撑2(4)安装于双层腔体(7)的上部腔体(7c)中，内导体2(11)、介质支撑3(10)、介质支撑4(12)安装于双层腔体(7)的下部腔体(7d)中。连接器(14)通过螺钉(14b)固定在双层腔体(7)的长边侧面。短边侧面通过侧板c1和c2通过螺钉d2进行屏蔽，盖板(1)通过螺钉d1固定在双层腔体(7)上。为便于将行馈安装在天线阵面上，行馈的双层腔体长边侧面设置了多处安装支耳(z1)。
28.参考图4为本发明实施例的去除盖板后局部放大示意图。双层腔体(7)的两面电路相同，图示为上部电路示意图。内导体1(3)布置在上部腔体的横向隔墙(7a)间的间隙中。当需要跨越双层腔体(7)的横向隔墙时，需要将相应位置的横向隔墙进行去除，实现信号互通。内导体(3)由于支撑点的线条宽度不同，采用了多种尺寸的介质支撑，见图7。在内导体1(3)走线间距较小区域，设置横隔墙(6a)用于压窄走线与接地点的间距，消除信号串扰；设置的竖隔墙5a和竖隔墙5b将内导体1(3)走线在纵向进行信号屏蔽。内导体1(3)由于尺寸太长，不易加工，进行了分段设计，分段处用焊锡进行焊接，如图所示位置(3d)，其中为保证焊接质量，需要预留焊接观察孔(3c)。横隔墙1(6a)、竖隔墙(5a、5b)上中间孔用于与盖板(1)固定，另外两个孔用于与双层腔体(7)固定。
29.参考图5为本发明实施例的盖板示意图。盖板(1)为1.5mm厚铝板，中间布置适当数量沉头螺钉孔(1k)，用于将盖板(1)与双面腔体(7)及横隔墙1(6)、竖隔墙1(5)固定。底板(13)与盖板(1)厚度相同，均采用铝板制作，结构关系为镜像关系，与双面腔体(7)及横隔墙2(9)、竖隔墙2(8)组成内导体2(11)的走线腔体。
30.参考图6为本发明实施例的内导体1示意图。内导体采用1.5mm厚铜板进行线切割加工而成，根据幅度分布计算出各部分线宽，表面镀银以降低传输损耗，通孔(3e)用于放置介质支撑。内导体2(11)与内导体1(3)完全相同，支撑方式也完全相同，只是安装于双层腔体(7)的下部腔体中。
31.参考图7为本发明实施例的内导体1、内导体2支撑示意图。在7a)图中，用于内导体1(3)宽度较宽部分的安装。介质支撑(2b)一端插入双层腔体(7)的安装孔7g内，用于固定并支撑内导体1(3)，保证内导体1(3)与双层腔体(7)的底部之间的间距满足设计要求。介质支撑(2b)的另一端插入内导体1(3)的通孔(3e)中，外部再安装介质支撑(2a)，用于固定并支撑内导体1(3)，保证内导体1(3)与双层腔体(7)的盖板之间的间距满足设计要求。介质支撑2a和介质支撑2b共同作用确保内导体1(3)在双层腔体(7)中的相对位置满足设计要求。在7b)中，用于内导体1(3)宽度较窄的线条固定。介质支撑(2d)一端插入双层腔体(7)的安装孔7g内，用于固定并支撑内导体1(3)，保证内导体1(3)与双层腔体(7)的底部之间的间距满足设计要求。介质支撑(2d)的另一端开孔包裹住内导体1(3)，外部再安装介质支撑(2c)，用于固定并支撑内导体1(3)，保证内导体1(3)与双层腔体(7)的盖板之间的间距满足设计要求。介质支撑2c和介质支撑2d共同作用确保内导体1(3)在双层腔体(7)中的相对位置满足设计要求。同理，内导体2(11)在双层腔体(7)的下部腔体中按相同的方法进行安装固定。
32.参考图8为本发明实施例的双层腔体(7)剖面示意图。腔体的上部及下部各有6个腔体(7c、7d)，采用型材拉制技术加工。腔体宽度及深度须满足设计要求。上部的横隔墙
(7a)及下部的横隔墙(7b)及共用底板(7m)用于形成内导体1(3)和内导体2(11)的屏蔽腔。
33.参考图9为本发明实施例的双层腔体局部示意图。双层腔体(7)由侧边横隔墙(7e)、内部横隔墙(7n)、横隔墙及竖隔墙固定孔(7g)、盖板固定孔(7h)、内导体固定孔(7j)、内导体跨腔区域(7f)组成。竖隔墙固定孔(7g)和盖板固定孔(7h)为螺纹孔，内导体固定孔(7j)为盲孔。
34.参考图10为本发明实施例的连接器焊接示意图。连接器焊针(h1)直接焊接在内导体上，为保证焊接可靠性，在内导体的焊接位置加工一道小槽，将焊针(h1)半嵌入内导体中，然后进行焊接，可使焊接面积增大，保证焊接可靠性。
35.参考图11为本发明实施例的隔离电阻焊接示意图。功分网络采用威尔金森功分电路模块组成，为保证端口之间的隔离，在电路中设置了隔离电阻(15)进行端口匹配及消除端口间的信号串扰，隔离电阻(15)通过焊锡焊接在内导体上，隔离电阻(15)在焊接前需要成型为ω型，防止应力对隔离电阻(15)造成损坏。
36.本发明一种双偏振气象雷达的双极化行馈网络为长条形外形，对外的接口均布置在长边的两侧，分上下层布置。