测风雷达天线波瓣的测试与检调

雷达天线是雷达定向辐射和接收电磁能量的重要组成部分，其方向性是最关键的特性之一。雷达天线波瓣的测试与检调主要是对几个重要的天线特性参数——波瓣宽度（3dB主瓣宽度或半功率主瓣宽度）、旁瓣电平（旁瓣最大值与主瓣最大值之比）等参数的测试。本文综述了701测风系列雷达及GEF（L）Ⅰ型测风雷达的波瓣测试与检调。     

一种小型化双低频4T4R基站天线阵列设计方法

能够支持双低频4T4R的MIMO基站阵列天线已成为目前运营商布网主流,当采用常规设计时,往往造成天线尺寸过大、风载荷过高等问题.在MIMO阵列天线小型化设计时,由于各阵列间距离缩小,电磁耦合急剧上升,导致各天线水平面波束宽度恶化,性能下降严重.针对此问题,提出了一种小型化阵列天线设计方法.采用波束合成技术,利用一种功率比随频率变化的新型不等功分电桥复用一组辐射单元,这样每列天线均可复用一个窄波束宽度单元,再通过该窄波束单元与其他宽波束单元合成理想的水平面波束宽度,提升天线覆盖性能.实测结果表明：采用本文阵列天线设计方法能够得到收敛的水平面波束宽度,范围在56°~68°,同时具有较好的增益和系统隔离度,大幅改善了天线性能.     

705测风雷达故障二例

1故障之一1．1故障现象一摇动方位手轮，喇叭和示波管中即出现较大的干扰。具体现象是：增益开关置于“手动”时，喇叭中有“喀拉”声，同时测角示波管上的四条亮线顶部有上下跳动的虚影（虚影是指亮线顶部较暗的一段），测距示波管上的扫描基线也上下跳动，“喀拉”声越大，虚影和基线跳动的幅度也越大；增益开关置于“自动”时，现象与“手动”时基本相同，有所不同的是：在发出“喀拉”声的同时，杂波幅度降低，“喀拉”声过后，杂波恢复正常。天线停转时干扰马上消失。1．2原因分析从上述现象来看，故障是由于天线转动时产生某种干扰进…     

701雷达三轴一致性调整方法的应用

《高空气象观测手册》关于701雷达观测使用部分规定：机械轴、光轴、电轴一致性的检查每半年进行一次，以保证高空风记录的准确性。雷达的三轴是：光轴一指瞄准镜在正常工作位置时，其物镜中心线中心点所对方向的射线。几何轴（机械轴）一指整个天线阵的各引向天线的对称轴线。它既垂直平整个反射网平面，也垂直干天线仰角转轴。电轴一指天线波瓣交点所对方向的射线，即四个波瓣的等信号强度线。由雷达测角原理中知道：701雷达的测角是由电轴对准目标，而方位、仰角的数值却是天线几何轴所处方位、仰角的数值，所以电轴和几何轴必须一致时，…     

二连浩特701C型雷达疑难故障分析

2005年4月二连浩特站701C雷达持续出现现象相似的故障,经过分析检查,排除了由多种原因引起的混合故障。现将此过程呈现给机务同行,希望大家提出宝贵意见。1故障现象抓球困难,跟球过程中测角四条亮线变化异常,有时出现两两等高现象。2原理分析701C型雷达是根据天线波瓣偏扫的原理,用等信号法进行测角的。雷达天线具有很强的方向性,只有一个方向上辐射(接收)的无线电波最强,偏离这个方向则逐渐减弱到零。701C型雷达有上、下、左、右四组天线,由换相环控制按上、右、下、左顺序偏扫。利用垂直面上的波瓣可以测仰角,利用水平面上的波瓣可以测…     

GEZ型回答器用于高空探测中存在的问题

一、引言我国用于高空大气层综合探测的701型二次雷达——GEZ型回答器应答系统,由于追踪的目标回答器天线为自由度很大的飞行体,但雷达及回答器均采用了线极化天线,而回答器天线又具有较强的方向性;又由于雷达采用波瓣交换的原理用等信号法测角,且波瓣交换又具有较大的时间间隔。这对飞行体遥测在体制上具有“先天性”缺欠,它产生了一些明显的和潜在的问题。如:雷达接收信号强烈起伏;在雷达和回答器天线间某些相对位置上存在“相对零点”或“相对盲区”;有较雷达测角精度技术指标可能大得多的实际测角附加误差。本文就此予以探讨。二、线极化天线系统     

线性天线阵列空间相关性函数的分析

推导了在线性天线阵列中的9 种典 型角能量分布的空间相关性方程&即高 斯分布%高斯空间分布和均匀分布''其中 高斯分布是由高斯空间分布推导得到 的''空间相关性方程是空间天线&阵列几 何以及角能量分布的一个函数''分别对 在高斯角能量分布和均匀角能量分布下 的空间相关性方程进行了分析&将天线 间的距离和角能量分布的标准差作为参 数在^S3TS. 环境下进行了仿真''结果表 明,在一定范围内增大天线间的距离以 及角能量分布标准差可以减小天线阵列 空间相关性&改善系统性能-同时&在中 长距离内&高斯角能量分布更有利于提 高系能的性能''     

CINRAD/SA雷达天线的辐射特性分析及其支持双线偏振升级的可行性研究

文中较全面地测量了CINRAD/SA天线的水平和垂直共极化和交叉极化辐射数据,分析了CINRAD/SA天线的主瓣、旁瓣、交叉极化电平等天线辐射特性,并与美国WSR-88D雷达双线偏振改造前后的辐射特性进行了比较,提出了CINRAD/SA双线偏振升级后降低旁瓣电平的几个措施,讨论了同时发射和同时接收双线偏振收发体制下,由天线水平和垂直偏振辐射不均衡产生的ZDR误差和偏振交叉耦合项ICPR值。结果表明:(1)CINRAD/SA雷达天线具有较好的辐射性能,主瓣波束较均匀,旁瓣和交叉极化电平优于设计指标值;(2)CINRAD/SA的天线辐射性能接近于WSR-88D,CINRAD/SA天线经调整后旁瓣电平应可以满足双线偏振升级要求;(3)ZDR误差和ICPR值足够小且在统计误差范围内,能满足CINRAD/SA双线偏振改造对测量精度的要求;(4)现用天线的辐射性能可支持CINRAD/SA双线偏振升级。文中还讨论了天线馈源支撑杆对辐射特性的影响,建议CI NRAD/SA天线的偏振改造仍采用三杆支撑方式,由此产生的水平和垂直偏振与高旁瓣脊间的不匹配,可计入系统误差,通过定标予以消除。关键词:CI NRAD/SA,雷达天线,辐射特性,双线偏振。     

相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响

有源数字阵列雷达的波束设计非常灵活,可变的波束宽度和多波束模式不仅可以满足不同任务的观测需求,还可有效节约扫描时间,但阵列天线参数随波位改变的特性对相控阵天气雷达回波强度的精确定标提出了挑战。2013年4—6月,中国气象科学研究院与安徽四创电子股份有限公司联合研发的X波段一维有源相控阵天气雷达 (X-PAR) 进行了装配后的首次测试观测。对比该雷达与相同位置的C波段双线偏振雷达 (C-POL) 观测资料发现,X-PAR不同宽度的扫描波束均能取得较合理的观测资料。但由于各模式的雷达方程及其标定方法不尽相同,并受到阵列天线照射体积、展宽波束和发射增益的影响,造成X-PAR回波强度存在一定的测量偏差。结合天线参数分析和实际数据统计将测量偏差订正至±1 dB内,为雷达的进一步调试和改进提供了依据。     

L波段雷达发生丢球的原因及解决办法

由于L波段雷达波瓣宽度（≤6°）比59—701型二次测风雷达波瓣宽度（垂直波瓣≤10°，水平波瓣≤11．5°）窄，测角精度较高，但操作人员遇到丢球时找回目标较困难，不能象59—701型雷达那样根据4条亮线把球迅速找回来，必须结合L波段雷达的特点抓球，做到快而准，以免造成资料缺测或重放球。[第一段]     

相控阵天气雷达波束特性

为了缩短雷达的探测周期, 相控阵天气雷达必须采用宽波束发射, 多波束接收。该文在天线口径为均匀分布和非均匀分布情况下讨论了相位扫描天线的方向图, 对波束特性进行分析, 提出采用非均匀划分子空间方法可对相位扫描天线带来的波束展宽效应和增益减小进行补偿, 并模拟设计了一个相控阵天气雷达天线方案, 给出宽波束和多个窄波束方向图及波束参数。结果表明:海明加权方法可使副瓣电平降低到-25 dB, 能基本满足天气探测需求; 采用非均匀划分子空间能够对波束宽度和天线增益进行补偿; 文中所设计的天线方案不仅能够缩短雷达的探测周期, 还能充分利用雷达的照射能量。     

全向及定向圆极化天线的小型化研究

本文提出了两种分别应用于全向以及定向圆极化天线的小型化设计.这两种天线设计方案是基于电偶极子与磁偶极子的有机结合.全向圆极化方向图具有很广的覆盖范围及避免极化失配的特点,非常适合应用于移动物联网以及卫星间通信等.对于两组水平放置的电磁偶极子,如果采用等幅激励且相位相差90°,会产生全向的圆极化方向图.本文介绍了一种工作在下一代移动通信28 GHz频率的呈车轮形的紧凑全向圆极化天线.整个天线印刷在直径仅4 mm的圆形介质板上,且具有宽带高效率等良好电器特性,非常适合应用于5G小型化移动通信终端.定向圆极化天线具有高增益且避免极化失配的特点,广泛应用于卫星移动通信终端中.两组正交放置的电磁偶极子如果等幅且同向激励,会产生定向呈心形的辐射方向图.本文还介绍了一种电小且高辐射效率的惠更斯天线,该天线有机结合了两个电小的辐射单元,形成结构紧凑的定向圆极化天线,非常适合卫星通信以及无线能量传输等应用.     

Design of a High Efficiency Acoustic Phased Array Antenna for an Acoustic Wind Profiler

Summary Improvements to the performance of acoustic wind profilers necessitate designing efficient acoustic antennas for the profilers, so that weak echoes can be received to enhance data availability. An efficient acoustic antenna needs to optimize electrical to acoustic and acoustic to electrical conversion efficiency as measured at the antenna axis. It also needs to provide a good directional response, and be able to handle increased electrical power. Phased array antennas, designed using piezo-electric transducers, should provide better characteristics in this regard. In the present study several different transducer elements were characterized with respect to their relative efficiencies. On the basis of this characterization, measurement of acoustic background noise at the expected site of antenna location and comparative study of atmospheric molecular absorption at the element peak efficiency frequencies, it is concluded that Motorola KSN 1025 A transducer is the best speaker element for the array antennas for profilers up to around 500 meters. The present array antenna has been designed using 104 KSN 1025 A piezo-electric transducer elements. The corner elements were removed from a 16 × 8 element speaker matrix, yielding an irregular octagonal pattern. Before installing the elements in the array, each element was individually characterized for its transmit and receive conversion efficiency, and variations in the product of these efficiencies (conversion gain) amongst the different elements, has been usefully employed to taper the array gain from centre to periphery. The antenna was systematically characterized, in an acoustic anechoic chamber, with respect to its axial transmit and receive conversion efficiencies and directional response. Received October 14, 1998 Revised March 1, 1999     

基于支节容性加载的小型化低剖面超表面天线

本文对容性支节加载的小型化超表面天线进行了分析与设计.通过在方形贴片上引入一对容性负载支节,可以有效地降低超表面单元的工作频率,从而将传统方形贴片超表面单元的尺寸减小55%.在单元设计的基础上,设计了一款4×4阵列的超表面天线,并采用特征模分析（CMA）解释了超表面天线的辐射机制.为了验证设计思路,对天线进行了加工和测试,测量的-10 dB阻抗带宽为21.7%,并在工作频带内保持6 dBi的辐射增益.     

S波段相控阵天气雷达与新一代多普勒天气雷达定量对比方法及其初步应用

受外场试验条件的限制,相控阵天气雷达在测试过程中难以与用于对比的多普勒天气雷达保持相同位置,造成不同雷达之间的观测资料无法直接对比。为了较全面地分析该情况下相控阵天气雷达的探测能力,提出了针对不同地理位置不同分辨率的雷达反射率因子匹配方法和观测资料的定量对比方法。初步使用该方法对2010年5月21日的S波段相控阵天气雷达（S-PAR）与相距54 km的南京新一代多普勒天气雷达（CINRAD/SA）观测资料进行了结构的对比及数值的分析。结果表明：（1）S-PAR的回波结构与位置均较为合理,与CINRAD/SA相比反射率因子测量偏差很小,未受地物影响的径向速度较为接近,同时单波束发射4波束同时接收的扫描方式大大节约了扫描时间;（2）S-PAR受宽波束的影响,100 km外的回波出现了明显的平滑现象,难以探测到细微结构;（3）S-PAR的灵敏度比CINRAD/SA差,100 km处的最小可测反射率因子偏高16 dBz,通过相同灵敏度的模拟后发现S-PAR较差的灵敏度是造成回波结构差异的主要原因;（4）提出的经纬度匹配方法较好地将不同位置下的雷达资料对应起来,经纬度匹配后在垂直方向的不同处理方式得到的结果存在细微差异,基于采样体积的平均方法取得的效果最佳。     

风廓线雷达天线阵面不平整度对探测性能影响分析

根据雷达气象方程,分析了影响风廓线雷达探测高度的因素;建立了风廓线雷达相控阵天线阵面不平整度对天线方向图影响的数学模型。通过仿真实验,给出了在垂直波束和偏离天顶15°的倾斜波束下天线增益和旁瓣电平随阵面不平整度的变化结果。仿真结果表明,风廓线雷达天线增益随阵面不平整度的增大而减小,近似呈指数规律变化;天线旁瓣电平总体上随阵面不平整度的增大而抬升。工程设计人员可以在风廓线雷达探测高度变化允许的范围内,同时考虑目前国内风廓线雷达天线结构设计、工艺制造水平和安装精度,对天线阵面不平整度提出合理的技术指标要求。     

双偏振相控阵雷达与业务雷达的定量对比及观测精度研究

相控阵天气雷达突破了全机械驱动天线天气雷达的时空分辨率瓶颈,能够提供更加快速、精细的观测资料。但阵列天线存在性能参数随扫描角偏离法向而恶化的情况,使相控阵雷达定量测量存在困难。本文针对中国华南地区最新布网的双偏振相控阵天气雷达,通过与当地S波段业务雷达在相同区域内的定量对比,评估了反射率因子差分反射率因子的误差量级及其随扫描角、观测时间的变化趋势。研究结果表明,相控阵雷达反射率因子的误差不大、约0.82 dB,而差分反射率因子的误差则高达1.04 dB,并且不同仰角、不同时刻之间也存在一定的波动。为此本文提出了基于S波段雷达实时数据的订正方案,能够较好地解决双偏振相控阵天气雷达的定标问题,为相控阵雷达的业务应用提供了保障。     

一种新型小型化宽带平面全向天线

在传统圆形单极子平面天线的基础上引入了Wilkinson功分器、渐变型微带馈线和瓶状接地板结构，设计了一款3.4~7.4 GHz频段的新型小型化宽带平面全向天线.通过引入Wilkinson功分器来改善天线方向图不圆度，较好地实现全向辐射；天线背面采用瓶状结构的金属接地板，达到了良好的阻抗匹配效果.结果表明：该平面全向天线驻波比小于2的阻抗带宽为4 GHz，中心频点5.4 GHz处的增益为3.35 dB，中心频点5.4 GHz在天线辐射方向的不圆度小于3.50 dB，整个阻抗带宽内的增益为2.3~3.35 dB，仿真结果与实测结果基本吻合.