V 频段星载宽角扫描圆极化阵列天线设计

提出一种应用于V频段卫星通信的旋转圆极化阵列天线,阵元为圆极化微带贴片,其波束扫描状态天线轴比利用调整阵元激励幅度和激励相位的方法进行优化,从而保证该天线具备宽角扫描性能,建立8×8阵列天线模型,选取φ=0°、φ=45°平面进行仿真验证.仿真结果显示,60°扫描范围内优化后,天线在给定波束指向上轴比可实现0dB,波束指向60°时天线增益、副瓣电平及后瓣电平可分别实现18.7、-22.3和-12.0dB,比线极化单元形式分别提高4.0、2.4和10.1dB.该天线在宽角扫描状态具备优良的圆极化天线性能,能够较好地满足卫星通信应用需要.     

一种强互耦阵列天线的校正方法

Vivaldi天线因具备优异的宽带扫描性能,被广泛应用于雷达、无线通信、测向系统等领域.由于Vivaldi天线单元组阵后存在强电磁耦合作用,使阵列方向图失真引起波束指向偏差,影响测角精度.针对相控阵天线单元间由于互耦引起阵列方向图失真,导致阵列天线波束指向产生偏差这一问题,提出了一种基于最小二乘互耦矩阵的相位校准方法对波束指向进行校正,最后采用了一组X波段的16单元Vivaldi阵列天线进行仿真实验.仿真实验结果表明,针对Vivaldi天线阵列在强互耦情况下波束指向存在偏差这一问题,该校正方法可以对该阵列天线波束指向偏差进行有效校正,为工程应用奠定了理论基础.     

卫通的数字移相电路设计与建模

相控阵天线利用移相器改变波束指向使其对准卫星,同时完成信息交换。每个天线阵列都要使用移相器来完成波束扫描,因此移相器的参数指标,对整个相控阵系统至关重要。设计了一款适用于大S相控阵天线的六位数字移相电路,此电路由六个相移单元级联得到,小相位与大相位分别采用加载线单元与开关线单元实现。通过ADS对移相单元建模与优化,最后得出:在1.995GHz-2.185GHz频段里,中心频点处相移差低于0.6°,插损低于1.35dB,驻波比优于1.45,仿真数据显示,此研究达到大S天线进行波束扫描的移相器的要求。     

一种基于SPiN二极管的高集成可重构天线

针对现代通信技术的快速发展对天线的智能化和高集成提出越来越高的需求,设计并制备了一种基于S PiN二极管的硅基固态等离子体可重构天线,S PiN二极管作为天线基本辐射单元设计在高电阻率的硅衬底上,通过施加合适的正向偏压在本征区内部形成固态等离子体区域,从而有效提升了天线系统集成度和动态可重构能力.仿真与实测结果表明,二极管本征区内部固态等离子体浓度超过了1018 cm-3,基于优化S PiN二极管的新型高集成可重构单极子天线通过控制天线不同单元的导通与截止实现了谐振频率在8.83 G H z和9.71 G H z的两种工作状态,在不同模式下的最大增益分别达到了2.04 dB和1.68 dB.天线其他辐射参数也表现出良好的性能,为高性能可重构天线的设计和应用提供了一种新方法.     

基于辐射散射一体化技术的低RCS贴片天线阵列设计

提出并设计了一种基于辐射散射一体化技术的4×4低RCS贴片天线阵列,该阵列由2种辐射特性相似、反射相位相差180°的天线单元组成。利用遗传算法优化得到散射场在各方向均匀分布的非周期阵列结构,有效减小了天线阵的峰值RCS。仿真结果表明:天线阵列的增益在16dBi以上;法线方向x极化波照射时,单站RCS减缩频带为8～15.9GHz,最大减缩量为17.1dB;y极化波照射时,单站RCS减缩频带为9.5～16GHz,最大减缩量为13.1dB。测试结果与仿真拟合较好。该阵列集超材料和贴片天线于一体,利用天线单元自身相位差有效降低了其RCS值,为降低天线阵列RCS提供了一种新的方法。     

利用介质加载调相实现毫米波有源发射天线

提出了利用有源电路和介质加载微带线调相技术提高毫米波微带阵列天线增益的方法,设计并实现了一个具有高增益的有源毫米波微带天线阵列.该阵列天线由4个子阵组成,每个子阵有64个微带贴片单元,分别由紧凑的混合毫米波功率放大器馈电.通道间的相位在补偿后的不一致性小于10°时,所实现的毫米波微带阵列天线的增益达30 dB,从而验证了该方法的有效性.     

幅相误差对TD-SCDMA数字波束形成的影响

幅相误差是制约智能天线系统性能的一个重要因素,研究幅度相位误差对TD-SCDMA波束形成的影响是非常必要的。本论述首先建立了8单元线性阵列模型,针对TD-SCDMA的业务波束,利用计算机在matlab环境下分析幅度相位误差对波束旁瓣电平,波束指向偏差,和智能天线增益的影响,为工程实践提供了依据。     

一种用于产生OAM波束的集成圆极化天线阵列

提出了一种在S波段内产生轨道角动量(OAM)波束的集成圆极化微带天线阵列.天线采用同轴馈电的方式.为了获得良好的圆极化特性,利用CST软件对天线结构参数进行了仿真优化分析,最终确定天线整体尺寸为0.416λ_0×0.416λ_0×0.026λ_0,3-dB轴比带宽为3.79～3.85 GHz,S_(11)-10 dB的工作带宽为3.74～3.96 GHz.该天线结构简单紧凑,易于实现.天线阵列由6个相同的圆极化天线组成,相邻阵列单元沿顺时针方向旋转60°,通过仿真和实验结果得知,在对阵元进行等幅、等相位的馈电的条件下,该天线阵列能够产生模态l=-1的OAM波束,这能够有效避免复杂馈电网络结构的设计.     

跳/扩频测控信号自适应波束形成方法

为解决跳/扩频测控中阵列天线设计所面临的信号频带宽、空域范围广、干扰强度大等问题,将线性约束法与二阶锥规划方法相结合,得到能够同时满足频率不变、方向不变的波束形成算法.利用二阶锥规划将波束形成器的设计转化为给定频率响应的FIR滤波器设计,针对用于宽带波束形成的FIR滤波器的非线性相位特点,采用最小均方误差准则,使所设计FIR滤波器的频率响应逼近于期望滤波器.通过增加约束条件,使不同空间指向的主瓣宽度基本保持不变,并在干扰方向形成宽零陷来有效抑制宽带干扰.仿真计算表明,在跳/扩频信号的工作频带内,波束方向图能够保持很好的频率不变特性,且在±60°范围内波束方向图的主瓣束宽、增益、零陷与参考波束基本保持一致,能够更好地满足航天测控任务对阵列天线的需求.     

新型微带反射阵列天线单元设计与研究

采用单层方环和圆贴片的复合结构作为微带平面反射阵列天线的单元,利用Ansfot HFSS仿真软件分析了单元的相移特性,并以此为阵元设计仿真了一个X波段49单元微带反射阵列天线。仿真结果显示,在中心频率10 GHz处,阵列天线的增益达到19.5 dB。在(8.5—11.5)GHz的频带上增益跌落小于3 dB,半功率波瓣宽度为13°,实现了高增益和宽频带性能。     

基于左手传输线的波束扫描微带漏波天线

为了进一步提高天线波束扫描技术,该文基于复合左右手传输线理论设计了波束可扫描的微带漏波天线.探讨了漏波天线的辐射特性,实现了随频率变化时天线波束在半空间内从后向到前向连续扫描的功能;运用Ansoft Designer软件进行仿真,在频扫天线单元的基础上加载不同电容实现了固定频率下天线波束的扫描.测试结果显示,漏波天线工作于3.60 GHz,加载1.0 pF电容的微带天线后向辐射,波束指向-50°;加载1.4 pF电容的微带天线前向辐射,波束指向32°.仿真结果与测试结果吻合,实现了一种低成本的波束扫描天线.     

可重构的硅基等离子体通道的辐射性能研究

表面PIN二极管导通时可以形成固态硅基等离子体通道,这种通道具有类金属性并能够传递电磁波.当由上述通道单元耦合形成特定的结构时,它将对外辐射电磁波信号.本文简要阐述了此种通道的形成机理,通过软件设计并导通表面PIN二极管阵列上不同单元,构造形成单极、双频、八木天线等结构.期望通过以上不同结构实现对硅基等离子体通道辐射性能的研究.仿真结果表明,利用动态调控表面PIN二极管阵列的方法,硅基等离子体通道能够实现对电磁波的辐射,并能改变辐射频率、多频段的调节及辐射方向图的动态可重构等.因此,硅基等离子体阵列天线具有可重构、智能化、隐身等诸多优点.这些系统的理论研究进一步促进了人们对硅基固体等离子通道的理解,为此类天线的设计和加工提供理论指导.     

相位梯度超表面结构对电磁波束的操控研究

针对相位梯度超表面在灵活操控电磁波方面的潜在应用,设计了一种新型的高阻抗相位梯度超表面结构,该结构通过改变高阻抗表面贴片单元的大小来控制反射波的相位变化。通过数值仿真计算表明,在10GHz频段实现了对电磁波22°的反射偏转。由于厚度薄、重量轻,设计的相位梯度超表面单元拓展了超表面在微波领域的应用,从而为超表面对电磁波束的操控提供了新的方法。     

基于微波网络理论的L波段高增益阵列天线设计

本文基于微波网络理论,分别设计了4单元和16单元的两款L波段阵列天线,应用于气象探空仪的接收部分,使接收部分的天线平面化及小型化。应用微波网络散射矩阵理论将天线单元之间的耦合效应、每个天线单元的幅度和相位等因素进行综合考虑,得到高增益阵列天线馈电网络。所设计的阵列天线的仿真、测试特性一致,而且在1.68 GHz处,4单元和16单元阵列天线最大实测增益分别为10.4 dBi、15.6 dBi。这两款阵列天线性能达到设计要求,可应用于气象探测领域。     

表面PIN二极管的电磁辐射特性分析

以表面PIN二极管(SPIN)为研究对象,根据半导体内非平衡载流子双极性扩散方程,推导了外加电场条件下,稳态时本征区载流子浓度一维连续性方程,数值求解了大电流注入条件下本征区固态等离子体电导率.基于固态等离子体电导率在ADS软件中构建可重构贴片单极天线结构,仿真验证了大电流注入条件下,SPIN具有一定的类金属电磁辐射特性.实验结果表明可以用SPIN替代金属作为基本辐射单元构建可重构天线阵列.     

多波束阵列天线系统信道校准方法

基于Butler矩阵多波束天线系统实现蜂窝小区覆盖的基本原理和对多波束相关系数与阵列单元间距关系的研究,提出了在天线方向图矢量中引入窗函数和改变阵列单元间距的方法以改进系统的性能.针对无线信道衰落特性的不确定性以及Butler矩阵多波束网络的随机误差,给出了一种多波束阵列天线幅相误差的改进校准方法.该方法采用非正弦信号AC(alternating code)码作为正交编码信号集,发送一组正交编码信号到多波束阵列天线,接收端相干检测并以向量的形式累积,通过正交编码矩阵的逆矩阵解码得到校正因子,利用校正因子对Butler多波束天线的幅相误差进行修正.仿真结果表明该校准算法准确、有效,经幅相误差校准的多波束阵列天线可以实现小区的多波束覆盖.     

柱面阵列天线单元相位中心的计算

为了准确确定非平面相控阵列天线在波束形成时各单元天线的相位中心,提出了一种借助三维场仿真软件HFSS计算单元天线相位中心的方法,并计算了某变指向通信天线单元天线的相位中心,研究了单元天线相位中心对天线波束形成的影响。仿真结果表明,该方法是有效的。     

一种多波长光控相控阵天线系统

研究了一种新型的多波长光纤控制相控阵天线系统,此系统采用一个多波长激光光源和可编程色散矩阵(PDM)技术组成一个波束形成网格,每一波长对应一个天线单元,实现波束的全方位扫描;系统有很大的硬件压缩能力,减少了波束形成网格的复杂性和成本;同时对系统的插入损耗和噪声性能给出了估算的结果,采用掺铒光纤放大器进行分布补偿的方法,使系统的实用性增加.     

基于超构表面的低散射天线阵列

提出了一种将超构表面与天线阵列组合设计的方法,以同时实现高增益辐射和低背向散射功能。该超构表面由多层金属图案结构组成,对x极化入射波具有透射功能,从而能使天线辐射场低损耗透过;同时,对y极化入射波具有反射相位调制功能,通过将单元按照棋盘格或随机分布排列,可实现y极化入射波的漫散射功能,从而降低天线阵列的后向散射。仿真分析表明,所设计的低散射天线阵列峰值增益为18.8 dB,工作带宽约为12.5%。当探测波为x极化时,10 dB RCS缩减频带为9.5~10.1 GHz,覆盖天线工作频带,最大缩减值为25 dB;当探测波为y极化时,10 dB RCS缩减频带为7.8~12 GHz,最大缩减值高于35 dB。实测结果与仿真分析结果吻合良好。该低散射天线阵列利用超构表面的极化选择特性能实现透、反射功能集成设计,为低散射天线的研究提供了新的思路。     

低副瓣边馈微带天线阵列设计

在实际应用中要求微带天线具备高增益、低副瓣、波束控制等特性。基于角馈方形微带贴片阵列天线的理论分析,采用中心短路、边缘馈电的方式设计了低副瓣ku波段单脉冲微带平面天线阵列。经测试所设计的10×10单元单脉冲微带天线阵的副瓣电平达到了-19.5dB。结果证明该设计方法对高增益单脉冲天线设计是有效可行的。