一种Ka频段固定指向双极化全固态毫米波云雷达

摘要

本发明公开了一种Ka频段固定指向双极化全固态毫米波云雷达，包括：全固态发射机（1）、天线罩（5）、正交模耦合器（3）、双通道接收机（10）等。全固态发射机（1）的输出信号通过环行器（2）和正交模耦合器（3）到达天线（4），透过天线罩（5）向空中辐射；回波信号经双通道接收机（10）、数字接收机（11）、信号处理器（12）和显控计算机（13）处理后，通过通信系统（14）提供给远端计算机（15）；配电系统（16）提供所需电源；频率综合器（9）产生的测试信号通过功分器（6）、耦合器A（7）和耦合器B（8）后用于测试。本发明为云观测提供了新工具，体积小，结构简单，可靠性高，适用于对云的长时间连续观测。

主权项

1.一种Ka频段固定指向双极化全固态毫米波云雷达，包括：环行器（2）、天线（4）、频率综合器（9）、数字接收机（11）、信号处理器（12）、显控计算机（13）、通信系统（14）、远端计算机（15）和配电系统（16），还包括：全固态发射机（1）、天线罩（5）、正交模耦合器（3）、双通道接收机（10）、功分器（6）、耦合器A（7）和耦合器B（8）；其中，全固态发射机（1）包括：前级放大器（17）、功率分配器（18）、功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）、功率放大模块D（22）、功率合成器（23）、隔离器组件和控制检测电路（25）；双通道接收机（10）包括：保护开关A（26）、低噪声放大器A（27）、第一混频器A（28）、第二混频器A（29）、放大器A（30）、滤波器A（31）、保护开关B（32）、低噪声放大器B（33）、第一混频器B（34）、第二混频器B（35）、放大器B（36）、滤波器B（37）、一本振功分器（38）和二本振功分器（39）；频率综合器（9）的输出端与全固态发射机（1）的输入端连接；全固态发射机（1）的输出端与环行器（2）的a端连接；环行器（2）的b端与正交模耦合器（3）双向连接；正交模耦合器（3）与天线（4）双向连接；环行器（2）的c端与耦合器A（7）的输入端连接；耦合器A（7）的输出端与双通道接收机（10）保护开关A（26）的输入端连接；正交模耦合器（3）与耦合器B（8）的输入端连接；耦合器B（8）的输出端与双通道接收机（10）保护开关B（32）的输入端连接；频率综合器（9）的输出端分别与双通道接收机（10）一本振功分器（38）和二本振功分器（39）的输入端连接；频率综合器（9）的输出端与功分器（6）的输入端连接；功分器（6）的输出端分别与耦合器A（7）和耦合器B（8）的耦合端连接；频率综合器（9）的输出端、双通道接收机（10）的输出端分别与数字接收机（11）的输入端连接；数字接收机（11）的输出端与信号处理器（12）的输入端连接；显控计算机（13）分别与信号处理器（12）、通信系统（14）和配电系统（16）双向连接；通信系统（14）与远端计算机（15）双向连接；前级放大器（17）的输入端与频率综合器（9）的输出端连接；前级放大器（17）的输出端与功率分配器（18）的输入端连接；功率分配器（18）的输出端分别与功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）和功率放大模块D（22）的输入端连接；功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）和功率放大模块D（22）的输出端分别与功率合成器（23）的输入端连接；功率合成器（23）的输出端与隔离器组件的输入端连接；隔离器组件的输出端与环行器（2）的a端连接；控制检测电路（25）分别与前级放大器（17）、功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）和功率放大模块D（22）双向连接，与隔离器组件的输出端连接；保护开关A（26）的输入端与耦合器A（7）的输出端连接；保护开关A（26）、低噪声放大器A（27）、第一混频器A（28）、第二混频器A（29）、放大器A（30）和滤波器A（31）顺次串联，滤波器A（31）的输出端与数字接收机（11）的输入端连接；保护开关B（32）的输入端与耦合器B（8）的输出端连接；保护开关B（32）、低噪声放大器B（33）、第一混频器B（34）、第二混频器B（35）、放大器B（36）和滤波器B（37）顺次串联，滤波器B（37）的输出端与数字接收机（11）的输入端连接；频率综合器（9）的输出端分别与一本振功分器（38）和二本振功分器（39）的输入端连接；一本振功分器（38）的输出端分别与第一混频器A（28）和第一混频器B（34）的输入端连接；二本振功分器（39）的输出端分别与第二混频器A（29）和第二混频器B（35）的输入端连接；低功率Ka频段脉冲激励信号由频率综合器（9）送出，经全固态发射机（1）放大后，通过环行器（2）、正交模耦合器（3）到达天线（4），透过天线罩（5），以水平极化的方式向空中辐射；辐射出去的电磁波遇到云、雨气象目标，产生后向散射，被天线（4）接收，成为气象目标的回波信号；回波信号通过正交模耦合器（3）后分为两路，一路经环行器（2），进入双通道接收机（10）的保护开关A（26），另一路进入双通道接收机（10）的保护开关B（32），两路回波信号分别经低噪声放大、两次混频、放大、增益控制和滤波器后输出中频信号；然后经数字接收机（11）进行A/D、数字下变频和滤波处理后，形成反映信号强度和相位信息的数字正交I/Q信号，再送往信号处理器（12）进行脉冲压缩、时域积累、FFT和频域积累处理，输出功率谱密度分布数据；再经显控计算机（13）进一步处理后，生成回波强度、径向速度、速度谱宽和线性退极化比数据，通过通信系统（14），提供给远端计算机（15）；配电系统（16）提供雷达系统所需的各种电源；频率综合器（9）产生的测试信号经功分器（6）一分为二后，通过耦合器A（7）和耦合器B（8）进入双通道接收机（10），用于接收系统通道特性、回波强度与速度的测试和标校；Ka频段固定指向双极化全固态毫米波云雷达通过天线（4）、正交模耦合器（3）、双通道接收机（10）、数字接收机（11）、信号处理器（12）和显控计算机（13）实现双极化信息的接收和处理；线性退极化比是用来表示同极化接收与正交极化接收回波功率差异情况的参数，表示为：毫米波云雷达对云、雨目标的线性退极化比的有效探测范围在-5～-30dB之间；天线（4）为卡塞格伦型式，采用固定垂直指向工作方式，省略伺服系统从而简化了系统结构；天线罩（5）采用蜂窝结构A夹层，为玻璃钢材料，使天线（4）具有全天候工作能力；全固态发射机（1）由四路功率放大模块进行功率合成实现；低功率Ka频段脉冲激励信号经前级放大器（17）放大后，通过一分四功率分配器（18），提供给功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）和功率放大模块D（22）进行放大，再经功率合成器（23）和隔离器组件后，输出高功率信号；控制检测电路（25）为前级放大器（17）、功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）和功率放大模块D（22）提供调制脉冲信号，并接收前级放大器（17）、功率放大模块A（19）、功率放大模块B（20）、功率放大模块C（21）、功率放大模块D（22）和隔离器组件送出的各种检测信号；双通道接收机（10）的保护开关A（26）和保护开关B（32），用于保护双通道接收机（10）免受发射漏功率的损坏；同极化回波信号经低噪声放大器A（27）放大后，在第一混频器A（28）与一本振信号进行混频，输出一中频信号，一中频信号在第二混频器A（29）与二本振信号进行混频，输出二中频信号，二中频信号在放大器A（30）中进行放大和增益控制，经滤波器A（31）滤波后，输出同极化中频信号给数字接收机（11）；正交极化回波信号经低噪声放大器B（33）放大后，在第一混频器B（34）与一本振信号进行混频，输出一中频信号，一中频信号在第二混频器B（35）与二本振信号进行混频，输出二中频信号，二中频信号在放大器B（36）中进行放大和增益控制，经滤波器B（37）滤波后，输出正交极化中频信号给数字接收机（11）；一本振功分器（38）将频率综合器（9）送来的一本振信号一分为二后分别送给第一混频器A（28）和第一混频器B（34）；二本振功分器（39）将频率综合器（9）送来的二本振信号一分为二后分别送给第二混频器A（29）和第二混频器B（35）。