专利名称：对流层风廓线雷达天线的波束控制单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对流层风廓线雷达检测领域，特别是涉及ー种对流层风廓线雷达天线波束控制单元(BSU)的改进。
背景技术：
对流层风廓线雷达系统能以极好的精度测量睛空大气风特性，因而在天气预报、导弹发射控制、机场交通管制、炮兵火力区域校正和其它需要高精度和高可靠性的测量领域内发挥着重要的作用。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，并减少维护经费。对流层风廓线雷达电扫描天线阵是对流层风廓线雷达系统的重要组成部件，其波束控制单元BSU主要有波束开关、移相电缆、功分器等组成，负责形成雷达发射5个波束，分别指向东、西、南、北和天顶方向。请參阅图I所示，美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic andAtmospheric Administration, NOAA)的风廓线仪不范网(WPDN ffind ProfilerDemonstration Network)所用的波束控制单元由15只波束开关、29根射频调相电缆和I个五路大功率功分器J3组成，可实现72度移相，可实现东、西、南、北、垂直五个波束指向转换。但是，上述波束控制单元功率承受能力偏低，无法满足中国气象局对流层风廓线发射功率的指标要求，另外由于移相角为72度，相应天线阵列阵子行间距偏大，天线效率偏低，从而影响对流层风廓线雷达系统的探測威力。由此可见，上述现有的波束控制单元在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一歩改进。如何能创设ー种可提高雷达天线的探測能力，并提高天线效率的新型结构的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，是当前业界的重要改进目标之一。
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的波束控制单元，使其可提高雷达天线的探測能力，并提高天线效率，从而克服现有的波束控制单元的不足。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的波束控制单元，包括I个六路功分器、14只用于控制波束相位的波束开关、以及连接功分器、波束开关和天线馈线的射频电缆。作为本实用新型的一种改进，所述功分器的六路信号分别通过射频调相电缆发送至三个调相波束开关；三个调相波束开关通过射频连接电缆各与两个天线上下阵列转换波束开关连接；其中五个天线上下阵列转换波束开关通过射频连接电缆各与一个垂直波束相位补偿波束开关连接，垂直波束相位补偿波束开关上连接有垂直波束相位补偿射频电缆；天线上下阵列转换波束开关分别通过射频连接电缆与CoCo天线阵的上阵天线馈线连接，垂直波束相位补偿波束开关以及为连接垂直波束相位补偿波束开关的天线上下阵列转换波束开关分别通过射频 连接电缆与CoCo天线阵的下阵天线馈线连接。所述的射频调相电缆为60度射频调相电缆。所述的功分器与射频电缆之间通过阴头N型连接器连接。所述的射频电缆与天线阵的天线馈线之间通过阳头N型连接器连接。所述的波束开关为大功率波束开关，其射频接点为无触点电流切换。所述的功分器为大功率六路功分器。所述的射频电缆为相位延迟电缆。采用这样的结构后，本实用新型对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，配合CoCo天线阵、减小移相角度、提高天线阵密度、减少波束开关数量、提高波束控制单元可靠性；通过提高承受功率能力，适应大功率雷达发射机，从而提高雷达系统高度探测能力，克服现有产品探测能力不足的缺点，并进一步压低天线副瓣电平，提高天线增益，更适于推广使用。
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是现有波束控制单元的电路连接示意图。图2是本实用新型对流层风廓线雷达天线的波束控制单元的连接图。
具体实施方式
请参阅图2所示，本实用新型对流层风廓线雷达天线的波束控制单元包括I个六路功分器、14只波束开关9SW1-14、以及连接功分器、波束开关和天线馈线的射频电缆9W1-34。其中，功分器优选大功率六路功分器。波束开关9SW1-14用于控制送到射频电缆的波束相位，可采用德国斯必能公司生产754030型大功率波束开关，射频接点为无触点电流切换，并满足如下性能要求工作频率445+/-1MHZ输入电压驻波比驻波I. 2 I (所有通道接入50欧姆终端负载的最大值)插入损耗 O. IdB (所有通道最大值)插入相位 ±2°隔离度 35dB (通道间最小值)阻抗50欧姆工作电压24±2V直流切换时间 30ms (任一位置最大值)相位重合性 ±0.5° (同一通道)[0033]工作射频功率3. OKff峰值，1000WA平均值，0. I到30us脉冲宽度，0到15%占空比工作模式故障安全指示或其他切換位置监视手段工作寿命 2000000周期或5年，没有性能下降另外，在最大峰值功率、平均功率、脉宽、占空比的工作条件下，开关能可靠、连续的工作于2 I的驻波环境下。在最大峰值功率、平均功率、脉宽、占空比工作条件下，开关能可靠切换到开路和短路环境下最小10秒。射频电缆9W1-34为相位延迟电缆，用于控制送到天线馈线的波束相位，可采用美国安德鲁公司生产RG214射频稳相电缆，满足如下性能要求工作频率445+/_10MHz耐压1000V RMS, 50Hz (导体和连接器之间干燥测试)绝缘阻抗 2500M欧姆，(中心导体和连接器外壳之间)输入电压驻波比驻波1.15 I (所有通道接入50欧姆终端负载的最大值)射频信号4. OKff峰值，600WA平均值，0. l-25us脉冲宽度，0-15%占空比阻抗50+/-2欧姆另外，在选定频率下，単元到単元、BSU组件到BSU组件之间的相位电缆应匹配在0.5°内，单元到单元的电缆插损在±0. 05dB以内。以CoCo天线阵为例来说本实用新型波束控制单元的连接与控制方式。CoCo (同轴共面)天线阵，是由两个完全相同的面阵相互轴向正交、上下重叠构成，通常每个面阵由20行线阵组成，每个线阵由2个或3个子线阵组成，每个子线阵由12个半波振子组成，每个面阵共有52个子线阵。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。此外，子线阵由天线罩包裹，内部充干燥氮气，确保子阵防雨、防潮。本实用新型的波束控制单元，产生ー个垂直波束和四个正交波束斜波束(东)、斜波束(北)、斜波束(西)、斜波束(南)。RY3波束开关9SW1-3为调相开关，RYl波束开关9SW9-14为天线上下阵列转换开关，RY2波束开关9SW4-8为垂直波束相位补偿开关。射频电缆9W1-6为射频调相电缆，9W13-17为垂直波束相位补偿电缆，射频电缆9W7-12、9W18-22、9W23-34为射频连接电缆。功分器输入接ロ为阴头N型连接器，射频电缆9W23-34与天线阵的天线馈线之间可通过阳头N型连接器连接。大功率发射机发出的射频信号通过BSU大功率功分器分成六路等幅同相的射频信号，其中第一、六路信号分别通过射频调相电缆9W1、9W6发送至调相波束开关9SW1，第ニ、五路信号分别通过射频调相电缆9W2、9W5发送至调相波束开关9SW2，第三、四路信号分 别通过射频调相电缆9W3、9W4发送至调相波束开关9SW3。调相波束开关9SW1通过射频连接电缆9W7、9W12分别与天线上下阵列转换波束开关9SW9、9SW14连接，调相波束开关9SW2通过射频连接电缆9W8、9W11分别与天线上下阵列转换波束开关9SW10、9SW13连接，调相波束开关9SW3通过射频连接电缆9W9、9W10分别与天线上下阵列转换波束开关9SW11、9SW12连接。[0054]天线上下阵列转换波束开关9SW9-13分别通过射频连接电缆9W18-22与垂直波束相位补偿波束开关9SW4-8连接，垂直波束相位补偿波束开关9SW4-8上连接有垂直波束相位补偿射频电缆9W13-17。天线上下阵列转换波束开关9SW9-14分别通过射频连接电缆9W23-28与CoCo天线阵的上阵天线馈线连接，垂直波束相位补偿波束开关9SW4-8以及天线上下阵列转换波束开关9SW14分别通过射频连接电缆9W29-34与CoCo天线阵的下阵天线馈线连接。天线发射出的斜波束逆时钟方向90度间隔。CoCo天线阵的下方面阵通过6根射频电缆9W29-34馈电发射垂直波束、斜波束2和斜波束4，上方面阵通过6根射频电缆9W23-28馈电发射斜波束I和斜波束3。这样结构设计，可减少波束开关数量，从而提高雷达系统可靠性。 因此a.通过BSU产生的垂直波束提供0°相位给下方面阵；b.通过BSU产生的斜波束I提供+60°相移给上方面阵；c.通过BSU产生的斜波束2提供+60°相移给下方面阵；d.通过BSU产生的斜波束3提供-60°相移给上方面阵；e.通过BSU产生的斜波束4提供-60°相移给下方面阵；本实用新型通过提高波束控制单元BSU适用于各种排布的CoCo天线阵，增加波束开关的承受功率，使发射机功率可由IlKW提高到20KW，60度的移相间隔可使天线阵密度变大，从而提闻天线阵面效率，大大提闻对流层风廊线的闻度探测能力。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揭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的波束控制单元，其特征在于包括I个六路功分器、14只用于控制波束相位的波束开关(9SW1-14)、以及连接功分器、波束开关和天线馈线的射频电缆(9W1-34)。
2.根据权利要求I所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于 所述功分器的第一、六路信号分别通过射频调相电缆(9W1、9W6)发送至调相波束开关(9SW1)，第二、五路信号分别通过射频调相电缆(9W2、9W5)发送至调相波束开关(9SW2)，第三、四路信号分别通过射频调相电缆(9W3、9W4)发送至调相波束开关(9SW3)； 调相波束开关(9SW1)通过射频连接电缆(9W7、9W12)分别与天线上下阵列转换波束开关(9SW9、9SW14)连接，调相波束开关(9SW2)通过射频连接电缆(9W8、9W11)分别与天线上下阵列转换波束开关(9SW10、9SW13)连接，调相波束开关(9SW3)通过射频连接电缆(9W9、9W10)分别与天线上下阵列转换波束开关(9SW11、9SW12)连接； 天线上下阵列转换波束开关(9SW9-13)分别通过射频连接电缆(9W18-22)与垂直波束相位补偿波束开关(9SW4-8)连接，垂直波束相位补偿波束开关(9SW4-8)上连接有垂直波束相位补偿射频电缆(9W13-17)； 天线上下阵列转换波束开关(9SW9-14)分别通过射频连接电缆(9W23-28)与CoCo天线阵的上阵天线馈线连接，垂直波束相位补偿波束开关(9SW4-8)以及天线上下阵列转换波束开关(9SW14)分别通过射频连接电缆(9W29-34)与CoCo天线阵的下阵天线馈线连接。
3.根据权利要求2所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的射频调相电缆(9W1-6)为60度射频调相电缆。
4.根据权利要求2所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的功分器与射频电缆(9W1-6)之间通过阴头N型连接器连接。
5.根据权利要求2所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的射频电缆(9W23-34)与天线阵的天线馈线之间通过阳头N型连接器连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的波束开关为大功率波束开关，其射频接点为无触点电流切換。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的功分器为大功率六路功分器。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，其特征在于所述的射频电缆为相位延迟电缆。
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的波束控制单元，其特征在于包括1个六路功分器、14只用于控制波束相位的波束开关(9SW1-14)、以及连接功分器、波束开关和天线馈线的射频电缆(9W1-34)。本实用新型对流层风廓线雷达天线的波束控制单元，配合CoCo天线阵、减小移相角度、提高天线阵密度、减少波束开关数量、提高波束控制单元可靠性；通过提高承受功率能力，适应大功率雷达发射机，从而提高雷达系统高度探测能力，克服现有产品探测能力不足的缺点，并进一步压低天线副瓣电平，提高天线增益，更适于推广使用。
文档编号H01Q3/34GK202423558SQ20112054563
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