多普勒效应是澳大利亚物理学家J.Doppler1842年首先从运动着的发声源中发现的现象，多普勒天气雷达的工作原理即以多普勒效益为基础，具体表现为：当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异，从而得出所需的信息。运用这种原理，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义。
天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。
在雷达探测中，气象目标的空间位置是用雷达天线至目标物的直线距离Ｒ（亦称斜距）,雷达天线的仰角和方位角来表示。斜距Ｒ可根据电磁波在大气中的传播速度Ｃ和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔来确定。电磁波在大气中传播速度是略小于它在真空中的传播速度，但对斜距精度影响不大，故近似用C来表示。
天气雷达的主要设备
1. 触发信号发生器
触发信号发生器(控制钟)是整个雷达的控制系统,它周期性地产生一个脉冲式的触发信号,触发脉冲输送到调制解调器和显示器,指挥它们开始工作。
每秒种产生的触发脉冲数目，称为脉冲重复频率,以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。两个相邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，用Ｔ表示，它等于脉冲重复频率的倒数。实际工作中，可用公式计算脉冲重复周期的数值。
2. 调制解调器
在触发脉冲的触发作用下，调制解调器产生调制脉冲。调制脉冲具有两个特性：
（１）具有固定的脉冲宽度（也称为脉冲持续时间），以微秒为单位，也可以以脉冲的空间距离h表示，脉冲宽度直接影响探测距离和距离分辨能力即雷达盲区大小。探测近目标采用窄的脉冲宽度，在探测远目标时，为了增大回波信号的强度采用宽的脉冲宽度。天气雷达的脉冲宽度一般取0.1--4微秒 ，随各种雷达探测目的不同而异。
（２）调制脉冲提供一个合适的视频波形具有足够的幅度，以便使下一级电路发射机正常工作
3. 发射机
在调制脉冲的作用下，发射机产生短促又强大的特高频振荡，经天线向空间发射出去，即探测脉冲。发射机的主要技术参数有波长（或振荡频率ｆ）和脉冲发射功率。
（１）波长 天气雷达通常使用的波长是厘米波，划分为K、X、C和S四个波段，K波段的雷达是用来探测非降水的云，X、C和S波段用于探测降水。
（２）脉冲发射功率 是指天线实际发射的峰值功率，如果忽略了波导管和天线的损耗，则脉冲发射功率将近似地等于发射机输出峰值功率。
4. 天线转换开关 、波导管
天线转换开关是将天线、发射机和接收机连接起来的一种装置。当天线和发射机接通时，发射机输出的特高频振荡脉冲电磁波顺利地到达天线，在这个时间内天线与接收机切断连通，电磁波不能进入接收机。在探测脉冲发射的间歇期，转换开关接通接收机，使天线接收到的回波信号能全部进入接收机。
波导管是一种空心矩形金属管状导体，其内径大小随所携带信号的波长而异，脉冲信号经它传送到天线其损耗极小。
5. 天线
(1)波束的宽度 天气雷达的天线具有很强的方向性,它所辐射的功率集中在波束所指的方向上，波束主轴附近能流密度大，波束的边缘能流密度小，能流密度的相对分布曲线，称为天线方向图,曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向相对能流密度大小。能流密度最大方向上的波瓣称为主波瓣，侧面和相反方向能流密度均小得多，分别称为旁瓣和尾瓣。
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