主頁（http://www.by236.com）：一種新型五極化天氣雷達天線饋線系統方案

    摘要：天氣雷達目前正在向多極化采集信息方向發展，本文提出一種通過“五極化轉換開關組合”方便實現五種極化工作模式的新型五極化雙通道天氣雷達天線饋線系統方案。并給出一個C-BAND3.2米設計實例，表明本設計方案是新穎可行的。
    關鍵字：電動五極化狀態轉換開關，旋轉關節，取樣耦合器、環行器，大功率負載，正交模耦合器，多模饋源，低副瓣天線。

1.) 概述
    天氣雷達的目標信息是非常復雜的，且不同極化的信息收集與信息分析是進一步提高天氣雷達性能的關鍵。多極化信息處理是新型多普勒天氣雷達的重要特點。本文提出一種新型五極化天氣雷達天線饋線系統，雷達只用一臺發射機和恒達專門研制的電動五極化狀態轉換開關便可以實現五種不同極化工作狀態的轉換。 即水平極化發射、垂直極化發射、水平極化和垂直極化同時發射、左旋圓極化發射、右旋圓極化發射等五種極化發射狀態。而且在這五種不同極化發射的工作模式下，接收機可以水平和垂直極化分別接收也可以同時接收目標回波。該天饋系統的主要特點是：大功率、低損耗、雙通道、多極化狀態可方便轉換、高的極化隔離、低的副瓣電平和高的可靠性等。
2.) 問題的提出
    天氣環境是地球及周邊乃至宇宙各種天象與人為因素而綜合的氣象結果。對于局部地區來說，天氣的變化可謂瞬息萬變。工業農業、交通旅游、航海航空、航天軍事、人類的生活生存、地球的演變與未來的預知，都離不開對氣象的研究。世界各國也都在氣象上面花很大的投入來研究。 天氣雷達是建立在云雨風霧等近地空間氣象物體對微波信號的后向反射特性的基礎上發展起來的。越來越多的研究表明，天氣雷達目標的后向反射特性是一個非常復雜的參數，隨著它特殊的成分和復雜的結構是非常難以用簡單的數學分析模型來處理的。因此獲得更多頻率、更多極化的目標反射數據是進一步研究目標特性的基礎。本文正是應這種需求，為多極化天氣雷達的設計提供一種新型、新穎、可行且易實現的方案。 
3.) 五極化天線饋線方案設計
    為了實現雷達五極化狀態發射的要求，天線饋線系統可以采用單通道傳輸方式也可以采用雙通道傳輸方式。但是，本雷達除要求實行五極化狀態發射的要求外，還要求兩路正交的接收機在五種極化狀態下可以同時或分別接收目標回波信號，以此獲得更多的信息。因此，本天線饋線系統就只得采用雙通道傳輸系統的方案。
    為此，我們專門設計了一個五極化狀態轉換開關組件，通過雙通道傳輸、雙極化輻射天線系統來實現五極化天線饋線的方案。天線饋線系統原理圖如下頁圖1所示。
4.) 五極化天線饋線方案原理說明
    雙通道五極化天氣雷達天線饋線系統，由發射機保護裝置、發射機和饋線天線監測檢測裝置、饋電裝置、極化轉換裝置和雙極化天線等組成。
    雷達發射機保護裝置是由三端口環行器和大功率負載組成。 用以保護可能來自饋線天線的非正常大反射，對發射機起保護作用。 
 
    發射機和饋線天線監測檢測裝置由多個耦合器、波導開關、假負載和監測儀器來實現。常用監測儀器有脈沖功率計、頻譜儀、檢波器和示波器。為了同時監測各種信號，取樣耦合器可以有3-6個甚至更多，耦合方向有正向和反向。正向監測發射信號，反向監測來自饋線天線的反射信號即監測饋線天線的系統駐波比。當天線饋線發生非正常故障時，反射信號會有特變。耦合器可以定向檢測出回波損耗、兩路信號的傳輸損耗、相位一致性用以輔助判斷饋線系統的工作正常與否， 并監測排除效果。波導開關用于控制雷達處于實際工作狀態或發射機檢測工作狀態（將發射機信號打向假負載方向）。
    饋線系統的饋電裝置是由連接三極化狀態轉換開關和雙極化饋源之間的兩個通道的元器件組成。其中包括四端口環行器、TR放電管、限幅器組成的收發雙工器、雙通道方位旋轉關節、俯仰旋轉關節、取樣耦合器和不同長度的直、彎、扭波導等組成。方位旋轉關節、俯仰旋轉關節是整個系統在方位和俯仰方向進行旋轉時能正常饋電到天線的重要器件，取樣耦合器可以測試或檢測兩路信號的傳輸損耗、相位一致性、輔助判斷饋線系統的工作正常與否。
    極化轉換裝置是由恒達公司特殊設計的五極化狀態轉換開關組件來實現。當發射機信號被開關轉到水平極化時，發射信號通過H通道傳輸到天線H極化輻射；當發射機被開關轉到垂直極化時，發射信號通過V通道傳輸到天線V極化輻射；當發射機被開關轉換到H、V雙極化時，發射信號被等幅同相通過H通道和V通道傳輸到天線H和V極化同時輻射；此時實際輻射的是45°斜極化波。當發射機被開關轉到左旋或右旋圓極化時，發射信號被等幅正交通過H通道和V通道傳輸到天線H和V極化輻射；電磁波相位差+90°時，實際輻射的是左旋圓極化波；當兩個極化的電磁波相位差-90°時，實際輻射的是右旋圓極化波；從而實現了水平極化、垂直極化、45°斜極化、左旋圓極化波、右旋圓極化五種極化狀態的轉換。 在五種極化狀態下，H、V 兩路接收機均可以分別接收或同時接收回波信號。

    由于采用恒達公司發明的“五極化狀態轉換開關組件”,大大的縮小了饋線的排布體積，同時也更好的解決了兩路信號傳輸的幅度、相位一致性問題，使得操作更加簡便。
5.) 一個C波段五極化天線饋線系統的實例 
    已經研制出一臺C波段五極化天線饋線系統的實例，該天線饋線的技術指標和實測數據記錄如表1。實測天線方向圖如圖2 所示。本文所用符號說明也在表1中列出。

表一