共口径双圆极化微带天线

针对圆极化天线轴比带宽较窄的问题，设计了一种由两个威尔金森功分器和两个环形电桥馈电的四馈双圆极化微带贴片天线。由于馈电网络不同端口在馈电时其输出信号相移方向相反, 因此可以辐射左、右旋圆极化波。双圆极化馈电网络具有结构简单、性能可靠特点。辐射贴片采用顶点相对的4个三角形贴片加载T形枝节, 并采用背馈的形式实现了天线紧凑的结构。在2.4~2.48 GHz频段内天线实测中心频点S₁₁小于-15 dB, 端口1的左旋圆极化轴比小于2 dB, 端口2的右旋圆极化轴比小于1.5 dB, 与同类型相近尺寸的天线相比具有较宽的轴比带宽。对其远场辐射方向图进行了仿真和测试, 结果表明这种四馈电结构改善了辐射方向图的对称性和轴比。     

毫米波微带双频平面天线阵研究

设计了一种新型毫米波微带双频平面天线阵,该天线阵单元采用凹槽加载中心馈电结构。这种馈电方式恰好等效为在微带贴片上加载了一个电抗,通过调节馈电线的长度,可以获得两个零点,从而使微带天线实现双频工作。基于这种馈电结构和并联馈电网络,制作了平面4 × 4 双频段天线阵。根据实验和仿真结果的比较,二者拟合较好。实测的双频天线阵工作在32.5 GHz和35.7 GHz,天线阵的增益16.25 dB,辐射效率为82%。     

基于指数渐变馈电结构的超宽带抛物面天线设计

设计了一种超宽带抛物面天线,将其馈电部分设计为指数渐变形式的四个馈电臂。给出了该天线的设计思想和设计方法,通过电磁仿真着重研究了指数渐变率和馈电臂间夹角对天线性能的影响,并详细分析了天线的阻抗特性和辐射特性。根据所设计的参数制作天线实物并进行测试,实测天线电压驻波比小于2的频带宽度达到0.95 GHz~20 GHz,天线的增益在2 GHz~14 GHz范围内为15.5 dB~30.5 dB。仿真与测试结果表明,该天线具有超宽带和高增益的特点,非常适用于超宽带通信、超宽带雷达以及无线监测与管理等系统。     

用于调频连续波雷达系统的宽带高增益天线阵设计

为满足调频连续波雷达系统终端天线对宽频带高增益指标的需求,设计了一款蝶形印刷偶极子天线阵,使用平行带线馈电网络进行连接,并利用巴伦结构将平行带线变换到50 Ω同轴馈电接头。阵元采用宽偶极子渐变结构以增加带宽,并组成4×4平面天线阵以提高增益。馈电网络采用不等功分和多节阻抗匹配设计,可抑制天线阵副瓣并展宽带宽。对天线进行了实物加工和测试,结果表明在3.8~6.6 GHz频率范围内天线阵回波损耗大于10 dB,相对带宽达到54%,在该频段内天线增益在15 dB以上,最高增益达17 dB。     

基于特征模理论的超宽带单极子天线设计

对于传统的天线而言，其带宽相对较窄。针对此问题，提出了一种新型超宽带(ultra-wideband, UWB)对称单极子微带天线。根据特征模理论, 首先对一款窄带单极子印刷天线进行特征模式分析, 结合天线理论, 在窄带天线结构上引入渐变结构和矩形槽, 使特征模式在目标频段内谐振, 并通过馈电激励方式激发出该特征模式, 从而使天线带宽得到拓展的同时具有良好的增益。仿真结果表明, 基于特征模理论设计的天线具有140.86%的相对带宽, 在2.88~16.6 GHz的工作频段内阻抗匹配良好, 并且具有良好的辐射性和稳定的增益, 其工作频率覆盖UWB频段、无线局域网、射频识别、全球微波互联接入及Ku频段。     

新型超宽带圆极化印刷天线

针对传统圆极化微带天线轴比带宽较窄的问题,提出了一种新型的超宽带圆极化印刷天线。该天线结构简单,仅由C型辐射贴片和改进后的地板组成。采用微带馈电模式,整个天线尺寸仅为25 mm×25 mm×1 mm。通过优化C型贴片和在地板上增加三角形和小长方形微扰结构,可以有效增加天线的阻抗带宽和轴比带宽。给出了天线的设计流程,从表面电流分布分析了圆极化天线的工作机理。加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明天线具有超宽的阻抗带宽和轴比带宽。天线的工作频带为4.4~11.6 GHz(相对带宽为90%),3 dB轴比带宽为3.6~11.3 GHz(相对带宽为103.4%)。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和卫星通信系统中。     

基于单元位置误差的有源相控阵天线辐射和散射性能综合分析

针对有源相控阵天线雷达散射截面积(radar cross section, RCS)计算复杂,及天线单元位置误差对其RCS的影响难以估计的问题,基于天线单元的相位误差分析,建立了有源相控阵天线的结构与散射阵因子耦合模型,极大简化了有源相控阵天线RCS计算的复杂度,并在此基础上研究了天线单元位置误差对增益及RCS的综合影响。结果表明,合理降低天线单元的位置精度可以抑制有源相控阵天线的RCS。工程人员可基于此权衡辐射和散射性能,适当放宽有源相控阵天线加工及安装公差,在保证天线综合性能前提下有效减轻加工难度,降低加工成本。     

具有双陷波特性的小型Vivaldi超宽带天线

设计了一种具有双陷波特性的小型化Vivaldi天线。通过在天线的辐射贴片上开一对E字型结构和在馈电处开电容性负载环路(capacitively loaded loop, CLL)结构,可以有效滤除无线局域网(wireless local area networks, WLAN)(5.15~5.825 GHz)、卫星X波段(7.25~7.75 GHz)的干扰。天线的工作带宽为3.3～12.8 GHz,天线结构简单紧凑,具有非常小的尺寸,仅为26 mm×13 mm×0.762 mm。从天线的表面电流方面,解释了天线的陷波原理,并且加工了天线实物。实测的驻波比、增益和方向图与仿真结果一致,验证了该天线在超宽带波段内具有良好的陷波特性、增益特性和全向性,可以应用于小型化超宽带系统中。该天线对于设计陷波Vivaldi天线也具有一定的指导意义。     

反射面表面与馈源误差对天线方向图的影响

针对反射面天线误差信息对电性能影响的问题,提出了包含馈源相位中心和反射面表面的误差信息对反射面天线远场方向图影响的数学模型。该模型根据馈源相位中心误差和反射面表面误差引起天线口径面场分布的改变,利用口径场积分方法得到反射面天线辐射场的变化。然后,用所建立的模型对8 m口径的抛物面天线进行了数值计算,将天线在实际工况下的反射面表面误差与馈源相位中心误差一同引入模型中,分析了反射面天线误差信息对增益和副瓣电平影响,得到了相关数据和曲线,可为反射面天线的误差分析提供参考。     

连续旋转馈电微带天线阵的仿真

针对微带阵列天线实现圆极化时轴比窄的不足,引入了一种给微带单元连续旋转馈电的技术,并从圆极化天线的定义出发,采用一种浅显的表述对此技术如何可以提高轴比特性进行了理论分析,得出关于此种阵列结构的一些规则.最后,在2.49GHz工作频率上,对两种微带阵列结构的天线进行了仿真计算,结果表明了此种阵列天线比传统的阵列天线阻抗带宽增加2倍,轴比带宽增加了几乎3倍.     

基于焦面场的多波束反射面天线二维DOA估计

利用致密焦面阵列馈源，通过二维来波方向（direction of arrival，DOA）估计算法判别干扰信号的方向，是多波束反射面天线设计中的一个重要环节。由于阵列馈源接收的信号由源信号在反射面焦平面上的电场决定，其阵列流形与常规DOA估计平面阵列的阵列流形不相同；焦面场一般是不均匀的，因此选用的阵列单元接收的信号幅度也不相同，部分阵列单元接收的信号会比较微弱；不同的焦面场选用的阵列单元不同，对应的阵列结构也不相同，且其往往是不规则的；源信号经过反射面反射后，阵列单元接收的信号之间的相关性会降低。这些因素决定了阵列馈源的DOA估计具有特殊性。因此结合焦面场，设计了多波束反射面天线二维DOA估计方法，并进行了仿真，仿真结果证明了该方法的有效性和实用性。     

FAST宽带双极化多波束馈源设计

双极化和宽带设计可以提高射电天文望远镜的观察效率;多波束技术可以拓宽视场,提高观察速度。利用多个独立的馈源偏焦放置实现的多波束反射面天线,具有结构简单、随频率变化性能稳定等优点。设计了一个针对500 m口径球面望远镜(five hundred meter aperture spherical telescope, FAST)的双极化、宽带19波束馈源,给出了馈源的实现方式和测试结果,利用馈源的幅度和相位辐射方向图,计算了由主动球面形成的多波束瞬时抛物反射面天线的性能。分析了剩余球面由于能量泄露对瞬时抛物反射面产生的影响。该系统级的设计方法及设计结果可为FAST将来的频段更换等升级改造提供设计参考和数据参考。     

抛物面天线小形变赋形及波束重构方法

针对星载抛物面天线波束大角度重构实现方法复杂及天线在轨赋形难度大的问题,提出了一种基于馈源纵向偏焦及多参数联合优化的波束重构方法。天线的馈源阵列作纵向偏焦,采用Zernike多项式拟合抛物面并提取多项式系数作为优化变量,运用粒子群算法对多项式系数、馈源阵的幅度和相位3类参数进行联合优化。以赋形反射面算例和波束重构算例验证方法的有效性。仿真结果表明，提出的方法简单易操作,可获得较小的反射面形变量,有效降低了抛物面在轨赋形难度,并可使波束重构得以灵活实现。     

卫星移动终端自适应阵列技术研究

卫星移动通信系统中，地面移动终端常因地面上其它通信系统的干扰而不能正常通信。为了保证卫星移动终端的正常通信，考虑在卫星移动终端采用自适应阵列技术来提高系统性能，详细阐述了采用该技术的必要性和可行性。重点分析了在处理自由度受限情况下，自适应阵列的抗干扰性能以及波隶跟踪性能。仿真结果表明，在卫星移动终端采用恒模阵列能够获得较好的干扰抑制性能。     

K波段双圆极化波导阵列天线设计

传统的双极化波导缝隙天线阵每种极化方式交叉极化较差,极化端口隔离度不高,尤其实现共口径辐射难度较大。介绍了一种K波段双圆极化波导阵列天线设计方法, 重点讨论了高效率共口径双极化辐射单元、宽带圆极化器、低损耗波导馈电网络。利用仿真软件进行了优化仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量。测试结果表明,此双圆极化波导阵列天线具有效率高、轴比带宽宽、隔离度高等特点。     

虚位技术对相控阵导引头探测性能的影响

为了研究相控阵导引头采用虚位技术后对导弹探测制导性能的影响,根据天线单元置相原理,分析了虚位条件下各天线单元的移相规律及波束指向误差产生的原因,建立了天线波束空间传播模型,根据向量空间关系推导了天线方向图数学模型,建立了子阵扫描条件下的子阵方向图表达式及综合因子方向图表达式,分析并说明了存在初始天线波束角情况下子阵扫描对量化副瓣的影响。仿真结果表明,虚位技术会带来波束指向误差,由于子阵扫描,子阵的零点位置与综合因子栅瓣位置基本重合,不会带来过大的量化副瓣电平。     

稀布相控阵雷达子阵划分方法研究

本文首先讨论了稀布阵子阵级自适应数字波束形成技术的特点,在稀布阵特性的理论分析基础上,设计了一种稀布天线阵模型.接着针对三种天线子陈划分:规则不重叠子阵、规则重叠子阵和不规则不重叠子阵,分析了产生栅瓣现象的原因,并且比较了它们的特性.最后根据稀布阵的特点,提出了两种子阵划分方法:子阵单元规则排列法和子阵单元数一定法.计算模拟表明,其具有良好的性能.     

基于多任务学习方向图可重构稀疏阵列天线设计

方向图可重构天线能够根据实际需要实时改变阵列天线的方向图,稀疏天线阵在满足方向图要求的前提下可以有效降低天线设计的复杂度。提出了一种基于多任务学习的方向图可重构稀疏阵列天线设计方法。将稀疏阵列优化设计及其方向图综合问题转换成为稀疏矩阵的线性回归问题,利用多任务学习能同时对多个相关任务优化学习的特性,建立了多个方向图联合赋形的多任务学习模型。通过迭代收缩阈值的方法,对多任务学习问题进行优化求解,使得阵列天线能够使用更少的阵元实现多个方向图的重构。仿真结果表明,该方法可以生成相同阵列结构的稀布天线阵,并通过动态改变其权值向量,实现多个方向图的精确赋形。     

Analysis of electrical performances of planar active phased array antennas with distorted array plane

The influence of the distorted plane of the active phased array antenna on the electromagnetic performance is of great significance to the research on and development of the high-performance antennas. On the bent and bowl-shape distortion, the model is established of the relationship between the electromagnetic performance and the position error of the radiated elements. The method is presented of analyzing the far-field pattern of the distorted rectangular active phased array antenna. The analysis results of a planar phased array antenna with different distortions grades prove the validity of the model. Therefore, by the method, the antenna designers may set the reasonable requirement on the structural tolerance in manufacturing antenna.     

多径效应对航向信标系统电磁环境影响分析

着陆导航是飞行安全中的重要一环,随着机场周边建筑物的密集化,由机场跑道周围地形地物产生的多径效应将影响导航信息的准确性。从天线辐射场型的角度,基于二元天线阵对航向信标天线建模,得到理想天线辐射场型;以建筑物反射为例,结合天线镜像原理得到多径效应下的天线辐射场型。仿真对比结果表明建筑物多径效应造成了航向信号方向性变差,幅值发生剧烈跳变。基于航向信标系统高级仿真(advanced trainer on localizer, ATOLL)分别进行进近飞行与圆弧飞行的信号校验仿真,分析多径效应对航道调制深度差值及航道信号覆盖范围的影响,找出某新建机场存在航向信号不稳的原因。