数字阵列天气雷达低副瓣天线设计

1、数字阵列天气雷达低副瓣天线设计摘 要： 为天气雷达设计一维相扫相控阵天线，方位面副瓣低于-30 dB，波束宽度小于1°，俯仰面接收副瓣低于-40 dB。方位面波束采用窄边波导裂缝阵列天线实现，采用全数字T/R组件准确控制幅度和相位，实现低于-40 dB的俯仰面接收副瓣。测试结果说明，副瓣电平与波束宽度指标与理论值吻合较好，满足指标要求。关键词： 数字相控阵； 低副瓣； 校正； 天气雷达0 引 言1 天线设计设计低副瓣的窄边波导裂缝阵列天线，需要假设干根等倾角的波导裂缝线源组成平面阵列，准确确定在阵列互耦条件下的增量电导和缝隙的谐振长度。以前通常采用试验来获得这些数据，费时费力而且本钱

2、较高。随着商业电磁仿真软件的迅速开展，如今可采用HFSS仿真来获得这些数据，考虑互耦影响，先在HFSS建立实际设计阵列条件下的等倾角的5根裂缝波导组成的阵列进展仿真，获得该倾角条件下的缝隙谐振长度和增量电导。同理可获得其他倾角条件下的缝隙谐振长度和增量电导。然后根据需要的电导分布来确定每个缝隙的倾角和切入深度，在HFSS中建立波导缝隙阵列天线的仿真模型，对波导裂缝天线电性能进展仿真计算。窄边波导裂缝线源如图1所示。在波导裂缝阵设计中，需将口径幅相分布转换为所需的电导分布。电导分布如图3所示。垂直面扫描30°，为保证扫描到最大角度时不出现栅瓣，相邻波导裂缝线源之间间距取约0.66为工作

3、波长。根据上述结果，在HFSS中建立5根波导裂缝线源组成的阵列进展仿真，仿真模型示意图如图5所示，方位面方向图仿真结果如图6所示，波束宽度仿真结果为0.98°，最大副瓣电平约-31 dB。为实现超低的接收副瓣电平，还对各通道的幅度相位一致性提出了严格的要求，必须在系统内提供定标及校正设备6。天线校正形式可采用逐一自检的校正方式：接收采用同时逐一自检校正；发射采用分时逐一自检校正。校正系统框图如图7所示。校正基准在微波暗室采用平面近场法获得，发射校正时，全数字T/R组件选择一个发射通道发射，其他通道关闭，采样架探头走到已翻开的发射通道对应的波导裂缝线源中间的正前方，记录接收到信号的幅度

4、和相位，依次完成所有通道的测试和记录，然后对发射通道之间相位进展补偿，在此根底上各测试发射通道到校正T/R之间的耦合幅度相位数据，获得外场使用的发射校正的基准。接收校正跟发射校正类似，不同的是采样架探头发射，全数字T/R组件通过相应的波导裂缝线源接收，需要对幅度和相位都进展补偿。2 校正及测试结果接收波束俯仰面要务实现-40 dB的副瓣电平，对幅度和相位的精度控制要求非常高。图8显示的3次接收校正补偿后相位分布。3次接收校正补偿后通道之间相位起伏在±1°之内。在此根底上对天线的方向图进展测试，测试结果如图9所示。测试结果说明，方位面波束宽度为0.98°，最大副瓣电

5、平为-32.5 dB；俯仰面接收DBF测试最大副瓣约-42 dB，满足指标要求。方位面最大副瓣测试结果优于仿真结果，经分析其主要是由于实际有128根波导裂缝线源组成阵列，比仿真规模大不少，系统对加工误差的容忍才能较大，导致测试结果优于仿真结果。3 结 语采用窄边波导裂缝阵列天线，通过HFSS仿真，提取出互耦状态下的不同倾角的谐振长度和电导，在此根底上根据幅度分布确定的电导分布选择裂缝倾角和缝深，在HFSS中建立5元小阵模型仿真，实现方位面低副瓣，缩短了研制周期。采用微波暗室校正和全数字T/R组件准确控制幅度相位，可实现俯仰面超低接收副瓣。在微波暗室进展校正和天线性能测试，测试结果说明，方位面波

6、束宽度、最大副瓣电平和俯仰面接收副瓣与理论设计结果吻合，满足指标要求。参考文献2 黄鹤，王凡，盛景泰.数字阵列天气雷达系统设计J.雷达科学与技术，20215：391?394.3 林昌禄，聂在平.天线工程手册M.北京：电子工业出版社，2002.4 钟顺时，费桐秋，孙玉林.波导窄边缝隙阵天线的设计J.西北电讯工程学院学报，19761：165?168.5 方正新，张玉梅.S波段低副瓣波导裂缝阵列天线设计J.现代电子技术，2021，365：67?69.6 束咸荣，何炳发，高铁.相控阵雷达天线M.北京：国防工业出版社，2007.7 吴曼青.数字阵列雷达及其进展J.中国电子科学研究院学报，20061：11?16.8 陈曾平，张月，鲍庆龙.数字阵列雷达及其关键技术进展J.国防科技大学学报，20216：1?7.9 邹