微波着陆系统波束指向误差仿真分析

为了提高微波着陆系统地面设备的角度引导精度,基于微波线性相控阵天线理论,分析了地面角度引导设备产生相控阵天线波束指向误差的主要原因——数字移相器的量化误差,并进行了不同量化阶数下的舍尾法馈相误差分析及仿真。为了寻求系统精度与设备成本的折衷,在采用四位移相器的条件下比较了随机馈相法与传统的舍尾馈相法的波束指向误差,仿真分析了相位误差均值为零法与适当随机相位量化法对波束指向误差的影响;这两种方法消除了周期性误差峰值,提高了相控阵天线的波束指向精度,其中适当随机相位量化法效果更佳;说明了采用随机馈相法能够有效减小因数字式移相器相位量化误差导致的波束指向误差,使系统精度明显提高。     

相控阵天线零相位误差法的波束指向分析

受数字移相器量化相位影响,相控阵天线波束指向精度偏离预定指向.提出了零相位误差法用于改进波束指向精度的问题,并推导出零相位误差法提高指向精度的理论公式.计算结果表明,所给出的理论公式是正确和有效的.零相位误差法具有经济适用、便于实现的优点.它在现有硬件的基础上,可以有效地提高相控阵天线的波束指向精度,从而改善相控阵天线抗干扰的能力.在普遍使用的3位数字移相器情况下,波束指向的精度控制在0.012以内,大幅度提高了现有指向精度水平.     

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。     

基于分数时延的宽带自适应波束形成

对于宽带信号,基于移相的窄带波束形成方法会导致方向图波束指向的偏移和主波束畸变,并且无法有效地抑制宽带干扰。该文提出了基于数字时延加抽头延迟线(tapped delay line,TDL)结构的宽带自适应波束形成方法。该方法采用数字时延滤波单元补偿宽带信号在波束指向上的相位和包络偏移,并用基于TDL的空时二维滤波处理抑制宽带干扰。分析和实验结果表明,该方法可以有效地合成空间宽带波束并抑制宽带干扰,提高信干噪比(signal-to-in-terference-plus-noise ratio,SINR)增益。     

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.     

非线性频偏FDA对测向系统的欺骗研究

与相控阵仅具有角度相关性的波束指向不同,频率分集阵列FDA通过在阵元间引入频偏的方式实现了具有更高自由度的电扫描波束。雷达方向侦查中,基于相位法测向的干涉仪通过比相器可以得出辐射信号到达接收机的相位、确定PA辐射信号到达角,威胁雷达安全。针对这一问题,基于FDA波束的“弯曲”特性研究了对敌方雷达方向侦查过程实现测向欺骗的可能。在通过非线性频控函数设计实现FDA波束图距离-角度解耦的基础上,仿真验证了远场条件下log-FDA、sin-FDA可对干涉仪测向产生欺骗,证明FDA对干涉仪测向的影响随着频偏增量Δf和阵元间距d增大而增强,且log-FDA始终比sin-FDA的性能更好。     

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。     

基于混合整数有向差分进化算法的平面麦克风阵列几何优化

针对多约束条件下阵列优化过程中运算复杂和波束指向固定的问题,本文提出一种基于混合整数有向差分进化(MIDDE)算法的综合方法。首先,通过几何变换减少优化目标数量,缩小寻优空间,降低运算复杂度;其次,对差分进化(DE)算法的变异过程引入随机选择与排序策略,提高搜索速度与精度,并改进边界约束处理方式,提高边界搜索能力。最后,用MIDDE算法优化基于正则化稳健超指向波束形成器的目标函数。仿真结果表明,在白噪声增益(WNG)受约束的情况下,优化阵列可在宽波束指向角范围内获得较高的方向性因子(DF),且显著高于相同阵元数的规则阵列,该方法可有效提高阵列性能。     

分时波束空间MIMO天波雷达发射ADBF方法

为简化基于MIMO(多输入多输出)技术的天波雷达扩展多普勒杂波抑制方法,分析了时间叉排线性调频连续波MIMO天波雷达与慢时间相位编码MIMO天波雷达之间的关系,提出一种分时波束空间MIMO天波雷达模型,并给出了相应的TADBF方法.该TADBF方法在分时波束空间实现,可有效抑制扩展多普勒杂波;简化了发射信号分集,在大型阵列降维处理情况下,只在各脉冲重复周期控制波束指向,无须对子阵或者波束进行相位编码,便于工程实现.仿真验证了该方法的有效性.