[发明专利]用于双基地雷达的电磁透镜天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁透镜天线装置，该电磁透镜天线装置利用发射和接收无线电波的电磁透镜。

背景技术

通常，各种类型的雷达装置用于气象观测和空气控制。这类的雷达设备从天线向着目标物发射高频的无线电波比如微波，并接收反射波，以检测目标物的大小、形状、距离和速度。例如，气象雷达设备向大气中的水滴发射无线电波，并通过分析接收到的反射波来检测降水面积和降水量的大小。

这类的雷达设备包括单基地型和双基地型。单基地雷达设备利用单个天线来发射和接收信号。即，单基地雷达设备交替地将天线连接到发射器和接收器。双基地雷达设备具有两个天线，或者具有连接到发射器的传输天线和连接到接收器的接收天线。

例如，第11-14749号日本未决特开中公开了一种单基地雷达设备，包括发射器、天线、接收器和循环器(circulator)。发射器产生并输出高频脉冲信号。天线将发射器产生的高频信号作为高频无线电波发射，接收由目标物反射的高频无线电波，并将接收到的无线电波输出到接收器。循环器在高频信号从发射器到天线的传输与高频信号从天线到接收器的传输之间切换。

为了扩大检测范围(在可检测的距离内)，典型的雷达设备需要利用相对较大的传输功率(几十瓦特至几千瓦特)，并需要能够接收极弱的信号(150dB或更大的动态范围)。然而，在单基地雷达设备中，来自发射器的传输功率的大致百分之一(-20dB)泄露到接收器。由此显著地降低了雷达设备的观测性能并损坏了接收器。

为了解决这个问题，以上的公开中公开了一种雷达设备，该雷达设备具有产生并输出高频脉冲信号的发射器。该设备包括用于保护接收器的保护开关。保护开关例如位于循环器和接收器之间。为了保护接收器，当在传输无线电波时，保护开关导通，并阻挡来自发射器的泄露的电功率。当接收无线电波时，发射器的电源被切断，从而抑制电功率的泄露。

雷达的最大检测范围主要由平均传输功率和所使用的天线的性能来决定。然而，由于单基地雷达设备发射高频脉冲信号，因此与传输的高频信号不是脉冲信号的情况相比，对于相同峰值的功率，平均传输功率较小。因此，在传输高频脉冲信号从而平均传输功率减半的情况下，天线的面积必须加倍来得到与信号不是脉冲信号的情况下相同的最大检测范围。这样就增大了雷达设备的尺寸并提高了成本。此外，由于高频脉冲信号的占空比(传输周期/脉冲重复周期)是百分之几，因此雷达设备的观测性能显著降低。

在包括分立地提供的传输天线和接收天线的双基地雷达设备中，没有表现出上述问题。这种设备有效地抑制了来自发射器的电功率的泄漏。此外，由于发射器产生并输出高频信号，因此与单基地雷达设备相比，观测性能得以显著提高。

典型的双基地雷达设备具有两个天线，这两个天线的外径在几十厘米到几米的范围内。因此，在双基地雷达用于气象雷达设备的情况下，需要复杂结构的驱动机构来启动对地平线以上的空间进行光束扫描(下文中，被称作体积扫描)的天线。例如，当天线沿着水平和垂直方向以每秒1转的转数(60rpm)高速旋转时，转矩大。由此，大负载施加到天线驱动机制。因此有可能损坏天线装置。这缩短了设备的寿命。为了使设备经受住这样的转矩，用于支撑天线和驱动机构的构件的力量需要增大。这样也增加了天线装置的尺寸和成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种双基地电磁透镜天线装置，该装置能够以不昂贵且简单的构造来进行体积扫描，并具有减轻的重量和延长的寿命。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电磁透镜天线装置，该装置包括：用于发射和接收的两个球形电磁透镜、至少两个初级辐射器、夹持构件、旋转构件和支撑构件。每个电磁透镜由介电材料形成。每个电磁透镜的相对介电常数沿着径向方向以预定的比率改变。每个初级辐射器位于电磁透镜中的一个的焦点处。夹持构件夹持初级辐射器，并关于第一轴旋转，其中，第一轴经由电磁透镜的中心延伸。旋转构件关于第二轴旋转，第二轴垂直于第一轴。支撑构件将夹持构件支撑在旋转构件上。初级辐射器与夹持构件一起关于第一轴旋转，与旋转构件一起关于第二轴旋转。