L波段低副瓣氣象雷達相控陣天線的設(shè)計.pdf

1、通過移相器來控制多個在空間按照一定規(guī)律排列的輻射單元相位分布的陣列天線稱為相控陣天線，其能夠?qū)崿F(xiàn)天線波束指向和波束形狀的快速改變。隨著科技的發(fā)展，作為重要信息獲取裝備的雷達也已開始由軍用轉(zhuǎn)向于民用，氣象雷達系統(tǒng)更成為近年來的熱門研究領(lǐng)域之一。而為了克服現(xiàn)有氣象雷達天線因機械掃描所帶來的不便，應(yīng)用于氣象雷達系統(tǒng)的相控陣天線得到了飛速發(fā)展。本文研究的主要內(nèi)容就是作為氣象雷達系統(tǒng)主要部件之一的天線，根據(jù)某單位提出的不同技術(shù)指標(biāo)設(shè)計了兩款應(yīng)用于

2、氣象雷達系統(tǒng)的相控陣天線，通過串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)、功率分配器、移相器的組合來控制天線使其具有自適應(yīng)波束掃描能力，設(shè)計出的相控陣天線各項性能均滿足指標(biāo)要求。本文研究設(shè)計的內(nèi)容主要包含以下幾個方面：
　　首先，介紹了文中涉及到的天線相關(guān)理論，特別是印刷偶極子天線與陣列天線理論；敘述了相控陣饋電系統(tǒng)的基本概念，較為詳細的闡述了串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)與Wilkinson功分器的設(shè)計方法；指出了相控陣天線設(shè)計的幾個技術(shù)難點，給出天線的設(shè)計思路與計算依據(jù)。<

3、br>　　其次，對2米相控陣氣象雷達天線的技術(shù)指標(biāo)進行分析，提出總體設(shè)計方案，并使用Ansys HFSS軟件逐步進行仿真驗證，包括對平面印刷偶極子、偶極子直線陣及其中心饋串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)、矩形平面陣以及多種不同功分比的Wilkinson功分器的仿真。給出了各階段的仿真結(jié)果，天線整體仿真增益達到27dBi以上，第一副瓣小于-25dB，3dB波束寬度小于9°，仿真結(jié)果驗證了方案的可行性。隨后根據(jù)所設(shè)計的天線模型對實物進行加工制作，將天線各項實測

4、性能結(jié)果與仿真結(jié)果進行比較，實測得出的最大增益大于24dBi，通過控制單元相位能夠?qū)崿F(xiàn)主波束±15°的偏轉(zhuǎn)，波束指向精度小于0.5°，實測結(jié)果和仿真結(jié)果相吻合。
　　最后，根據(jù)不同的技術(shù)指標(biāo)采用類似的方案設(shè)計了另一款更高性能的4米相控陣氣象雷達天線，天線單元繼續(xù)采用平面印刷偶極子，饋電網(wǎng)絡(luò)采用不對稱的端饋串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)以降低設(shè)計的復(fù)雜性，根據(jù)不同的功分比對Wilkinson功分器進行了進一步的優(yōu)化，同樣給出各階段的仿真結(jié)果。最終得出