一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线制造技术

本发明专利技术涉及一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，该系统包括由采用脊波导窄边开斜缝方式实现的水平极化天线；由脊波导宽边开纵缝方式实现的垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵及数字收发组件、数字接收组件）、馈电、本振、时钟、标校功分网络、数字波束形成组成。本系统可实现整机系统的双发双收，单发双收，单发单收的多种偏振工作模式要求。实现俯仰维相扫，单/多波束的工作需求，能及时、准确对雷暴、雷雨大风、冰雹、飑线、龙卷等危险天气进行快速探测和识别，为军民用气象保障提供及时精确的危险天气信息。

【技术实现步骤摘要】
一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线
本专利技术涉及技术相控阵天线领域，具体涉及一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线。
技术介绍
本专利技术公开了一种相控阵双偏振多普勒天气雷达水平和垂直波束指向高度一致的实现方法。通过本专利技术方法，可实现相控阵双偏振多普勒天气雷达水平和垂直波束指向的高度一致性，从而为相控阵双偏振多普勒天气雷达有源天线实现形式的选择提供了一种系统结构和控制简单、高性价比实现的实现方法。该方法采用水平偏振和垂直偏振分行排布的脊波导，水平偏振开斜缝，垂直偏振开的纵缝排布在脊波导的轴线上，相对于传统的双偏振波导缝隙阵，水平偏振在窄边开斜缝，垂直偏振在宽边开纵缝，纵缝交替排布在轴线两侧的方式，该方法使得两种偏振的交叉偏振比大大高于相控阵双偏振微带天线的30dB，同时避免了传统相控阵双偏振微带天线插损大、成本高的缺点，具有高增益，低成本，低交叉偏振(35dB)的优点
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，可实现整机系统的双发双收，单发双收，单发单收的多种工作模式要求。在俯仰上一维相扫，可单/多波束的工作需求，快速探测天气目标信息，提高天气雷达的时空分辨率，为灾害性天气保障系统提供及时可靠全面的精准科学信息。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，该系统包括：由采用脊波导窄边开斜缝方式实现的水平极化天线；由脊波导宽边开纵缝方式实现的垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；由天线、网络、DTRU单元、DRU单元、数字波束形成DBF实现收发波束的形成；发射时，全阵面各DTRU单元内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU单元或DRU单元，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。进一步的，发射时，所述发射波束通过相位加权实现发射波束赋形以优化空域威力覆盖。进一步的，所述水平极化天线和垂直极化天线由128行线源组成，发射时，由中间96行线源等幅发射，接收时由128行线源接收。进一步的，所述波导裂缝平面天线阵由8组子阵天线组成，每组子阵天线包括8根宽边纵缝线源和8根窄边裂缝线源。进一步的，所述脊波导窄边和脊波导宽边交替排列，相邻两脊波导之间的尺寸不超过23mm。进一步的，每根波导缝隙天线对应一路DTRU或DRU单元，全阵面共计128路数字通道。本专利技术的有益效果是：1.双偏振收发功能：本天线系统配备水平极化、垂直极化两种规格天线，可按需求形成双发双收，单发双收，单发单收的多种偏振工作模式。2.俯仰一维相扫：阵列每行相位独立可控，具备多波束快速扫描、大范围相扫、功能。3.多波束收发功能：天线配备数字波束形成(DBF)分系统，通过控制信号，收发波束方式灵活可控，可以同时形成单波束或多波束，单偏振时多波束数为20，双偏振时多波束数各10。附图说明图1为本系统有源天线系统框图；图2为天线水平方向图；图3为天线垂直接收方向图：图4为天线垂直发射方向图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，可实现整机系统的双发双收，单发双收，单发单收的多种偏振工作模式要求。可实现俯仰维相扫，单/多波束的工作需求，快速探测天气目标信息，为作保障系统提供及时可靠全面的信息，以提高整机系统的危险天气综合保障能力。该系统包括波导裂缝平面天线阵及数字收发组件(DTRU)、数字接收组件(DRU)、馈电、本振、时钟、标校功分网络、数字波束形成(DBF)。由采用脊波导窄边开斜缝方式实现的水平极化天线；由脊波导宽边开纵缝方式实现的垂直极化天线；所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵。由天线、网络、DTRU单元、DRU单元、数字波束形成DBF实现收发波束的形成；发射时，全阵面各DTRU单元内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU单元或DRU单元，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。天线系统采用双偏振波导缝隙行波阵列天线形式，主要由水平极化(H)天线系统和垂直极化(V)天线系统组成。水平极化天线采用脊波导窄边开斜缝的方式实现，垂直极化天线采用脊波导宽边开纵缝的方式实现，两种波导缝隙天线交替配置形成天线面阵。该天线具有效率高、功率容量大、低剖面、设备数量少、发射功率利用效率高等优点。天线阵面由64根宽边纵缝线源和64根窄边斜缝线源交替排列而成，尺寸约为长1750mm×宽1470mm×厚18mm。天线面阵平面度要求为均方根误差小于0.3，绝对值误差小于0.8。为保证天线的平面度要求，需要对框架和线源加工精度进行控制，最后通过装配调整来满足天线面阵整体要求。根据天线天线指标要求，天线系统的增益主要是天线的口径和波长决定。由增益计算公式推导可得：A＝(10(G/10)×λ02)/(4πη)式中：A——天线有效面积λ0——低频频率波长η——天线效率(取0.5)G——天线增益(设计时留有余量取42dB)将有关以知参数代入式中计算为：A＝2624870，即天线口面有效直径为1620mm。设计线源天线输入端长度约为40mm，负载端约为70mm，总尺寸约为1730mm，即脊波导长度为1730mm。根据波束宽度计算公式为：式中:K——波束宽度系数(取1.2,弧度值)λ0——频率(这里以低频计算)D——天线有效口径将已知参数带入上式计算，即可得出波束宽度为1.369°。根据天线形式和天线工作方式，天线的俯仰单元间距主要受天线俯仰向扫描角度、工作频率和波瓣宽度等的限制，为了天线扫描时不出现栅瓣，根据公式计算所需要的单元间距。其中λ--高频端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，其特征在于，该系统包括：/n由采用脊波导窄边开斜缝方式实现的水平极化天线；/n由脊波导宽边开纵缝方式实现的垂直极化天线；/n所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；/n由天线、网络、DTRU单元、DRU单元、数字波束形成DBF实现收发波束的形成；/n发射时，全阵面各DTRU单元内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；/n接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU单元或DRU单元，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。/n

【技术特征摘要】
1.一种一维相扫分布式数字全固态有源双偏振波导裂缝阵列天线，其特征在于，该系统包括：
由采用脊波导窄边开斜缝方式实现的水平极化天线；
由脊波导宽边开纵缝方式实现的垂直极化天线；
所述水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；
由天线、网络、DTRU单元、DRU单元、数字波束形成DBF实现收发波束的形成；
发射时，全阵面各DTRU单元内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；
接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU单元或DRU单元，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。


2.根据权利要求1所述的一维相扫分布式数字全固态有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，付亚鹏，解妍琼，韩月琪，寇正，高细桥，沈冰，赵岗，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32