雷达阵列天线介绍

2024-10-14

雷达阵列天线介绍(精选3篇)

雷达阵列天线介绍 篇1

■开课目的

“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法,掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想,培养学生分析问题和解决问题的能力,为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。

■课程要求

● 约有五次作业 ● 考核

平时成绩占20%。包括平时作业,出勤情况。期末考试成绩占80%(一页纸开卷)

雷达阵列天线简介

1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达

是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分,由RCA公司研制。它有四个相控阵孔径,提供前方半空间很大的覆盖范围。

接收时它使用带68个子阵的馈电系统,每个子阵包含64个波导辐射器,总共有68×64=4352个单元。

发射时,子阵成对组合,形成32个子阵,每个子阵128个单元,总共32×128=4096辐射单元。

移相器为5位二进制铁氧体移相器,直接向波导辐射器馈电。为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平,后来移相器改为7位二进制移相器,合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电,辐射单元也改为4350个,单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。

AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)目前该系统安装在导弹巡洋舰上

导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统

2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达

是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。孔径呈圆形,包含大约5000个单元,采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。它安装在车辆上,并可平叠以便于运输。

爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

3、机载预警和控制系统(AWACS)世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS系统研制的。它取得成功后,便有很多产品紧随其后,而且常常得到比规定的副瓣电平还要低的副瓣。AWACS雷达天线是波导窄边缝隙阵列,有4000多个缝隙单元。该系统可用于空中监视的预警机,如下图所示。它在可一起转动的圆形天线罩内做机械旋转,在垂直面上用28个铁氧体精密移相器实现相控扫描。

AWACS预警机雷达天线波导窄边缝隙阵列(西屋公司提供)

4、电子捷变雷达

西屋电气公司以前为机载应用研制了这种X波段相控阵雷达。后来此系统演化为B1-B轰炸机上的AN/APQ—164雷达,如下图所示。该图显示正在装配的这种雷达天线,它有1526个圆波导口辐射单元,组成的阵列为椭圆形孔径,每个单元都带有可逆铁氧体移相器,可以实现空间二维扫描。该系统有形成波束变化的灵活性,其口径相位的变化可以实现尖锐的笔形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。极化可从垂直极化改变为圆极化。这是通过每个单元的可开关的法拉第旋转器结合铁氧体/4薄片来实现。天馈系统还包括故障定位和隔离系统,还有检测、校验系统,这可通过合成信号的变化来确定合适的相位分布(校正馈电系统的误差),检验激励幅度,并检查极化分集的功能。

正在装配的AN/APQ—164相控阵雷达天线(西屋公司提供)

5、多功能电扫描自适应雷达(MESAR)

这是一部具有挑战性的S波段固态相控阵雷达,它由英国海军部研究中心和Plessey雷达公司共同研制。阵面为1.8m×1.8m孔径,共有918个波导型辐射单元,如下图所示。采用4位二进制移相器,功率放大器为分立器件,有22%的带宽,2W输出功率。接收时信号在模块中被前置放大和移相,并在波束形成器中聚集成16个子阵,每一子阵都有各自的接收机,这些接收机的输出用8位A/D转换器数字化,提供强大的自适应置零能力。

MESAR固态相控阵雷达天线(Plessey公司提供)

6、AN/TPS-70多波束阵列雷达

这是一种不用移相器相控扫描的低副瓣阵列,在方位上为低副瓣波束并采用机械旋转扫描,在俯仰面上实现多个波束以覆盖空间较大的范围。天线使用36根水平波导管,每根波导管上有94个缝隙以形成主瓣宽度为1.6o的方位窄波束。在俯仰面上,发射时激励22根波导管,产生20o的俯仰波束,该波束为赋形波束,低仰角时的增益高,高仰角时的增益低;接收时来自全部36根波导的能量结合在一起产生6个同时波束以覆盖0~20o的仰角范围。6个波束的仰角宽度从最低波束的2.3o变化到6o。这6个波束均有自己的接收机,通过比较这些波束中的能量可提供仰角的单脉冲信息。

同时多波束的优点是,在强杂波环境中它能提供实现信号处理功能所需的时间。该雷达可运输。其作用距离240英里,有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。该雷达及其改型已在全世界广泛使用。

AN/TPS-70多波束阵列雷达天线(西屋公司提供)

7、AN/TPQ-37武器定位雷达

又称火力搜索雷达,为美军陆军装备,由休斯(Hughes)飞机公司研制。用来探测炮弹弹道,并反向寻找其发射点。该雷达使用有限扫描相控阵,它能在方位上提供宽扫描角,在仰角上提供有限的扫描角,有限扫描范围将大大减少移相器数目。系统只使用360个二极管移相器,每个移相器控制阵列垂直线上的6个辐射单元。其峰值功率为4KW,平均功率为165W。

该雷达为单脉冲体制,其馈电网络可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束,馈电网络由空气带状线和波导功分器组成。天线尺寸8×12×2(ft)3。在美国和其他国家和地区,以装备了数十套这种雷达。

AN/TPQ-37武器定位雷达(Hughes公司提供)

8、铺路爪(Pave Paes)雷达

该雷达由Raytheon公司研制。它用于提供弹道导弹的预警,也可实现对卫星的跟踪,它是超高频(UHF)固态相控阵雷达。一套系统包含孔径相互倾斜120o的两部雷达,可提供240o的总观察范围,它可检测到3000英里处的10m2的目标。

铺路爪超高频固态相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

9、丹麦眼镜蛇(Cobra Dane)雷达

是Raytheon公司研制的一部庞大的L波段相控阵雷达,它是为收集国外洲际导弹试验情报而研制和部署的,其雷达天线如下图所示。它有一些与众不同的特性,它是一种稀疏阵列,直径为95ft,共有34768个单元,其中15360个单元是有源单元,其余是无源单元。有源单元分成96个子阵,每个子阵有160个辐射器。发射时由行波管馈电,加到天线上的总峰值功率为15.4MW,其频带宽度为200MHz,有2.5ft的距离分辨能力,以探测目标的尺寸和形状。

丹麦眼镜蛇L波段相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

10、“朱迪”眼镜蛇雷达

是一种独特的大型相控阵雷达,由Raytheon公司为美国空军研制。用以收集国外弹道导弹实验的数据。他安装在美国舰船“膫望岛”的转台上,如下图所示。阵列直径为22.5ft,包含12288个单元,由16个行波管馈电

美国舰船“膫望岛”上的“朱迪”眼镜蛇大型可旋转相控阵雷达天线

(Raytheon公司提供)

11、空中预警机雷达

又叫机载搜索雷达。最初是为远程侦察机探测舰艇研制的,第二次世界大战后期美海军研制了几种机载预警雷达,用来探测舰艇雷达天线探测不到的低空飞行的飞机。在增大对空、对海面目标的最大探测距离方面,机载雷达的优势是显而易见的。因为海面上高度为100ft的天线,其雷达视线距离只有12英里,而高度为10000ft的飞机,雷达视线距离为123英里。

日本神风突击队的袭击造成美国多艘哨舰的损失,激发了机载预警雷达的设想,后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界预警巡逻机。

下图为航空母舰的舰载E-2C预警机。

E-2C预警机 12、3D雷达概念

又叫三坐标雷达,这种雷达可同时测量目标的3个基本位置坐标(距离,方位和仰角)。3D雷达是一种警戒雷达,其天线在方位上机械旋转,以测量目标的距离和方位,在仰角上扫描一个或多个波束,或者通过邻接的固定仰角波束来获得目标的仰角。

按照怎样形成仰角波束和怎样在仰角上的扫描波束,3D雷达可分为堆积多波束雷达,频扫雷达、相扫雷达,机械扫描雷达和数字波束形成雷达。

13、S713Martello堆积多波束3D雷达

它是L波段可移动的包含8个波束的堆积多波束雷达,如下图所示。其平面阵列高10.6m,宽6.1m,共有60行,每行32个辐射单元,装有60个接收机用以把接收到的射频信号下变频为中频。方位波束宽度为2.8o,机械旋转,转速为3圈/秒。仰角上,发射时为余割平方方向图,覆盖范围30 o,接收时形成并处理8个堆积窄波束。发射峰值功率为3MW,平均功率8KW。这种雷达为警戒雷达。对100英里处的小型战斗机,其测高精度达1000ft(约300m)。

S713Martello堆积多波束3D雷达(Marconi公司提供)

14、AN/SPS-52C频扫3D雷达

频率扫描雷达是指天线辐射波束指向随频率改变而改变的雷达。应用于空中监视任务的3D雷达技术之一是频率扫描。频扫阵列是利用一段波导传输线的相位频率相关特性来扫描笔形波束。馈电波导在阵列的一侧折叠成蛇形状,对波导行波阵进行耦合馈电,如下图所示。改变发射或接收频率在口径上产生不同的相位变化剃度,从而使天线辐射波束指向发射偏转。实际应用的频扫阵列天线如下图所示的AN/SPS-52C雷达天线。

频扫雷达的测量精度比不上堆积多波束雷达和相扫单脉冲雷达。其原因之一是为了控制波束指向需要改变系统工作频率,从而导致目标回波幅度的波动,降低了多波束目标回波中可用的目标角度信息的质量。

具有蛇形波导馈电的波导窄变缝隙阵列及AN/SPS-52C舰载频扫3D雷达

(Hughes公司提供)

15、AN/FPS-117相扫3D雷达

方位上采用机械旋转扫描,仰角上采用相控扫描来进行目标的三坐标定位,是3D雷达测高技术中最为灵活的雷达。可以和相扫阵列一起使用的测高技术包括各种相参同时波束转换技术(单脉冲、和相位干涉等),以及幅度比较顺序波束转换技术。相控阵雷达在当今武器市场中变得越来越普遍,这要归因于目标和环境的威胁不断地升级和变化。

AN/FPS-117固定站固态相扫3D雷达(通用电气公司提供)AN/FPS-117是典型的S波段相扫3D雷达,如上图所示。其天线为平面阵列,共有44行带状线馈电的水平振子,每行有30个单元。44行中的每一行包含它自己的固态收发组件。该收发组件由峰值功率为1KW的固态发射机、集成电源、低噪声接收机、移相器、收发开关和逻辑控制单元组成,且全部安装在天线上。平面阵列的馈源结构在接收时可产生双轴单脉冲波束集,即一个和波束与两个差波束。一个附加的列馈为最低角波束位置提供了特殊的低仰角测高能力。馈源产生一对和波束被小心地放置在某仰角上并作为单脉冲对其进行处理,采用此技术使多路径的影响为最小。

16、其他雷达天线

波导宽壁纵缝阵

低副瓣的波导窄壁斜缝阵(机载预警雷达天线)

机载雷达天线及馈电网络

机场监视雷达天线及馈电网络形式

圆环阵列天线

多普勒角度扫描缝隙阵列

圆柱形频率扫描阵列

俯视图

A方向侧视图

B方向侧视图

圆锥共形阵列(单元为直缝、斜缝和横缝)

俯视图

A方向侧视图

B方向侧视图

圆锥共形阵列(单元为“十”字缝)

弹头锥体上的“十”字缝隙阵,及单元形式

球形开关阵列

双极化C波段微带贴片天线

八木天线阵列

对称振子天线阵列

雷达阵列天线介绍 篇2

多普勒天气雷达大多采用机械扫描方式进行观测,扫描速度较慢,对快速多变的天气系统(如雷暴、冰雹和龙卷风)的探测不能满足要求。相控阵天气雷达[1,2]可以对指定空域的重点气象目标在一定方位和俯仰范围内进行连续探测,快速得到风暴单体的精细立体结构。要求设计的天气雷达天线工作频率在X波段,相对带宽小于1%,天线极化为水平极化。一维固定波束采用窄边波导裂缝阵列天线[3,4,5]来形成,一维相扫采用全数字T/R组件控制相位来实现波束扫描。波导裂缝阵列天线容易控制波导裂缝口径面的幅度分布,体积较小,口径面利用效率高,易于实现低副瓣,带宽适中,在雷达中广泛使用。全数字相控阵可实现的最小相移量可以十分小,波束跃度可以非常小,波束指向的实现十分灵活和准确。移相器量化误差非常小,量化副瓣几乎可忽略不计,为实现超低副瓣带来了现实的可能性。

1 天线设计

设计低副瓣的窄边波导裂缝阵列天线,需要若干根等倾角的波导裂缝线源组成平面阵列,精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,费时费力而且成本较高。随着商业电磁仿真软件的迅速发展,现在可采用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行仿真,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行仿真计算。窄边波导裂缝线源如图1所示。

为了满足方位面波束宽度小于1°和副瓣电平优于-30 dB的要求,缝隙间距选取约0.675λ(λ为工作波长),缝隙数量102个,口径幅度分布选择副瓣电平为-37 dB、等副瓣个数为6的泰勒分布。幅度分布见图2。

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。

根据HFSS仿真得到不同倾角条件下缝隙电导和切入深度的结果,依据电导分布得到各个裂缝的倾角和缝深结果如图4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0.66λ(λ为工作波长)。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行仿真,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]。天线校正模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,采样架探头走到已打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行补偿,在此基础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行补偿。

2 校正及测试结果

接收波束俯仰面要求实现-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。在此基础上对天线的方向图进行测试,测试结果如图9所示。

测试结果表明,方位面波束宽度为0.98°,最大副瓣电平为-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能力较大,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,在此基础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组件精确控制幅度相位,可实现俯仰面超低接收副瓣。在微波暗室进行校正和天线性能测试,测试结果表明,方位面波束宽度、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。

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 d B,波束宽度小于1°,俯仰面接收副瓣低于-40 d B。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组件精确控制幅度和相位,实现低于-40 d B的俯仰面接收副瓣。测试结果表明,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

参考文献

[1]魏洪峰,杜智涛,王洋.国内外新体制天气雷达发展动态综述[J].气象水文海洋仪器,2013(2):124-128.

[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,2010(5):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,1976(1):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,2013,36(5):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,2006(1):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,2010(6):1-7.

[9]邹永庆,汪伟,吴瑞荣.倾斜放置二维数字阵列雷达天线参数优化[J].雷达科学与技术,2008(6):481-485.

[10]穆文争,朱子平,刘志英.DBF在数字阵列天气雷达中的应用[J].现代电子技术,2014,37(3):69-72.

雷达阵列天线介绍 篇3

【关键词】雷达液位计 原油储罐 外浮顶 导波管 阵列天线

浮顶罐已经成为了储备基地普遍采用的原油储罐,而储罐的液位数据极其重要,不但要防止油罐冒顶、抽真空等事故发生,还要根据液位变化计算出储罐中原油输转、存储的体积量。在保障安全生产的前提下完成贸易交接。目前经常采用的液位计主要有伺服式液位计、钢带式液位计、磁致伸缩液位计及雷达液位计等几类,其中前几种均属于接触式的测量原理,对于原油这种粘稠的介质,其维护量较大,故障率较高,因此不宜采用。而雷达液位计由于采用了非接触式的测量原理,因而具有操作简单、维护方便等优点。

1.雷达液位计的特点

雷达液位计之所以受到诸多油田企业的青睐,主要是因为该测量方法相对于其他方法来说,具有诸多优势。首先,雷达液位计是一体化设计,在具体使用过程中,各个机械之间不会出现磨损的情况,使用寿命较长。其次,雷达液位计在测量过程中其天線所发射出来的电磁波,在传输的过程中不会受到任何介质的阻碍,不但能够及时测量,而且测量的结果精度高。再次,雷达液位计的测量范围很大,最大可以达到35m 左右,可以适用于高温、高压的液位测量。最后,雷达液位计中所涉及到的天线,所采用的都是高质量的材料,具有较强的抗腐蚀性,即使在极其恶劣的环境下,也能够正常使用。

2.非接触式雷达液位计的基本原理

对于非接触式雷达液位测量,目前存在两种主要调制技术,即脉冲雷达技术和调频连续波雷达(FMCW)技术。

(1)非接触式脉冲雷达发送微波信号,信号在产品液面反弹并返回测量仪。变送器对发射信号和接收的回波信号之间的时间差进行测量,然后板载微处理器利用下列公式对液面距离进行计算。

距离=(光速x时间差)/2

只要将应用场合的测量参照高度(通常为储罐或旁通管底部)输入到变送器的程序中,微处理器即可计算出液位。误差一般为5~10mm.

(2)调频连续波(FMCW)雷达也向产品表面传送微波,但传送雷达波不再是固定的工作频率,而是被调制成围绕基本工作频率、以固定速率连续变化的高频率信号(GHz级)。雷达信号被液体表面反射后,天线接收回波由于雷达波频率不断变化,使回波与新发射的雷达波的频率不同而形成频率差Af。Af与雷达头到液面的距离(a)成正比。基于这种频率数字信号的FMCW技术是一种数字化技术,它能够有效地提高信噪比并获得更高的精度,误差低于1mm。

这两种方式的液位计都有其各自的特点,脉动冲式地是在时域中进行信号的分析,而调频连续波是在频域中进行信号的分析。两者相比较而言,前者的测量精度较低,但功耗较低,可采用二线制。后者的测量精度较高但功耗大,电子电路较为复杂,而且必须采用四线制。对于计量级高精度雷达液位计,测量原理可采用调频连续波式(FMCW)。

3.浮顶罐雷达液位计的选型及安装

3.1浮顶罐雷达液位计的选型

由于原油浮顶储罐的构成介质中,涉及到钢制浮盘,我们曾经将带喇叭天线的雷达安装在支架上测量其浮盘,但由于浮顶本身在上下移动过程中的摆动、变形等因素,效果不理想。

因此,如何透过浮盘来对储罐内的液位进行有效测量便成为了液位仪表选择所面临的一项主要问题。一种解决的办法是将雷达安装在浮顶的导向柱上。但是,由于原油是一种粘度较大的介质,当其从高液位下降到低液位时,会在导波管内产生严重的挂壁现象,影响测量效果。目前,可供雷达液位计选择的天线类型主要有锥形天线(喇叭口)、杆形、导波管阵列天线和抛物面型天线几种。如图1:

根据之前对普通储罐天线选择的经验来看,天线发射电磁波信号的能力以及抗干扰能力与其尺寸是有直接关系的,尺寸越大,其发射电磁波的能力就越强,抗干扰能力也随之增强。反之,则越弱。由此可见,在三种可选天线中,效果最好的应该是抛物面型天线,但这种类型的天线只适合普通原油储罐。根据浮顶罐的特点,该选择带有导波管的雷达天线:即锥形(喇叭口)和阵列天线,利用这种类型的天线对液位进行测量,可以用导波管穿过浮盘进行直接检测,轻松的解决了上述问题。事实证明,此种方法不仅能够直接对液位进行测量,而且其测量结果也非常精确。

在原油外浮顶罐中, 图2 所示为喇叭天线雷达在有挂壁现象的导波管内所测得的回波曲线。图中实际液位在距离罐顶15.5米 左右,但由于挂壁的影响,雷达指示值经常在某高位(距离罐顶4.17米))与实际液位之间跳动。究其原因,是传统的喇叭天线或杆式天线的电磁波的能量分布特性。图3所示为喇叭天线所发射电磁波在导波管中的能量分布。图中深色部分为能量密度大的部分,浅色部分为能量密度小的部分。从中可以看出,电磁波与导波管的管壁有较大面积的接触,因此,当导波管内壁不平整(例如焊缝、粘附等)时,会影响测量的效果。

为了克服导波管内壁不平整对测量的影响,我们采用阵列天线这种特殊的天线,它能够动态平衡电磁波能量的方向,使其不触及管壁。这种阵列天线实际上是一个由若干个小天线组成的天线阵,其电磁波在导波管内的能量分布如图4所示。所发射的电磁波的能量集中在导波管的中心,与管壁接触部分能量很小,因此其受不平整的管壁的影响也较小。采用阵列天线测量原油浮顶罐液位,在导波管存在挂壁现象是得到的回波曲线如图5所示。从图5中可以看出,与喇叭天线相比,阵列天线的回波曲线中原油挂壁的影响很小,雷达可以很清楚地识别出液位回波。

3.2导波阵列天线在外浮顶原油罐的安装

外浮顶原油罐上,导波阵列天线一般推荐安装于储罐的导向柱上,导向柱要求为DN150、DN200、DN250或DN300固定内径的金属管。用过的旧导波管必须进行内部清洗,而且要求导波管无变形、无生锈或无过多开口。

罗斯蒙特5900S导波管阵列天线有两种不同的安装形式,固定型和铰接盖型,可满足多种要求:(1)带有一片法兰的固定性导波管阵列天线适用于无需打开储罐进行人工投尺的场合,易于安装,如图

(2)铰接盖型的导波管阵列天线适用于需要利用导波管进行人工投尺或抽样的场合。无需在短管上侧开口。但安装时需流出一定间距用于开口。如图

4.结语

雷达最初只作为军事用途,现在它已被广泛应用于交通和仪表行业,并起着举足轻重的作用。特别是雷达液位计在罐区液位的测量,它与石油化工自动化相结合,不仅实现了精确计量,而且也简化了整个工艺的流程,提高了生产效率,同时也保证了安全生产。对于大型原油外浮顶罐的液位测量,采用导波阵列天线雷达液位计,可以有效地克服原油挂壁的影响,得到理想的测量结果。

参考文献:

[1]中石油《油气储运项目设计规定》中《输油管道工程雷达液位计技术规格书》

[2]刘晓丽,邓展飞,郭勇.雷达液位计在长庆原油储罐上的应用[J],中国石油和化工标准与质量,2011(04).

[3]张琦. 雷达液位计在外浮顶原油储罐中的设计与应用[J],中国化工贸易,2014(2).

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