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.     

基于差动电路结构的多级串联式数控移相器实现研究

移相器是无线通信系统和相控阵雷达接收机中的关键组件，用来实现信号相位的改变与均衡。提出了一种基于差动电路结构和RC元件的数控移相单元，该移相单元通过扫描脉冲控制差分对管轮流导通获取输出信号的相位差，改变RC元件参数可以调整移相数值。利用提出的数控移相单元构建了八级串联模型，实现了一种360°串联式数控移相器。Multisim软件仿真验证了数控移相单元设计的有效性，硬件实现测试结果表明：设计的多级串联式数控移相器工作良好，移相精度高，可达1.4°，实现了全周期范围内的相移控制。该数控移相器的实现为适时、灵活校准接收系统相位误差提供了重要的技术支撑。     

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。     

基于BST薄膜移相器的双频相控阵天线

为减小无源相控阵列天线的尺寸,提高阵列天线的转向能力,对以铁电薄膜移相器为移相单元的相控阵列天线进行了研究,提出了一种工作于15 GHz与18 GHz的双频1×4扇形微带贴片天线阵模型.该天线阵由共面叉指电容波导型铁电薄膜移相器、扇形微带天线及天线阵列组成.利用全波电磁仿真软件HFSS,通过改变钛酸锶钡(BST)铁电薄膜的介电常数,模拟加载不同偏置电压情况下BST薄膜移相器的相移特性,调试天线阵辐射转向角,实现了天线阵±22°转向,有效提高了天线阵列的转向能力.通过使用钛酸锶钡薄膜新型铁电材料,实现了天线阵列尺寸的缩小.     

某型微波着陆设备移相器故障诊断方法研究

针对某型微波着陆设备测试性校准时间较长,影响移相器故障诊断效率的问题,基于相控阵天线相位校准原理,通过对扫描天线阵列参数获取方法以及移相器故障诊断流程的分析,采用相位控制赋形算法计算出了扫描天线固定指向时各阵元支路的最优相移值。由于相位控制赋型算法通过测量辐射功率来调整闭合等式的权值,并且在进行每次相位寻优时都将前一次量化引入的误差计算其中,因此经过少量迭代就可得到移相器的阵列参数,缩短了测试性校准时间,进而用测试性校准所得的阵列参数与工作性校准后存入天线控制器RAM中的阵列参数相比较,快速对移相器进行故障诊断。最后通过仿真验证了该方法的可行性。     

提高相控阵天线波束指向精度的方法

针对相控阵天线波束指向受数字移相器量化相位影响而偏离预定指向的问题，从理论上研究了二可能值法对相控阵天线波束指向的影响，并导出有效实用的理论公式。计算结果表明，本文所给出的理论公式是正确和有效的。     

全相位算法在相控阵天线幅相校正测量中的应用

相控阵天线波束的精确指向对各阵元通道幅相一致性提出了很高的要求,在实际的相控阵天线系统中,各阵元通道幅度和相位不可能完全保持一致,需要对阵列通道幅相误差进行实时地监测和校正。阵列单元校正的本质是对通道幅相误差的精确测量或估计,在现有幅相测量方法的基础上,提出一种全相位时移相位差算法。该算法需对存在时移关系的两输入序列分别进行全相位FFT,直接取主谱线的相位值无需校正即可得到输入信号的中间点相位信息,利用两序列主谱线的相位差求解信号的幅度值。由于全相位FFT具有"相位不变性",此方法能够很好地抑制频谱泄漏。仿真结果表明,该方法可有效避免第一类相位差法在不同步采样时误差较大的情形,测量结果明显优于第一类相位差法。     

基于反正切变换的相控阵天线相位校准方法

初始相位校准是影响相控阵天线工作性能的关键环节之一,为实现无人机微波着陆引导设备对飞行器的精确引导,需要对其相控阵扫描天线各阵元的初始相位误差进行精确估计与补偿.针对这一问题,提出一种相控阵天线初始相位校准方法.该方法在固定角度测量随阵元移相器相移值改变而变化的合成信号功率值,通过反正切变换建立初始相位误差与测得功率值的关系.对曲线拟合法、旋转矢量法以及反正切变换法的仿真及对比分析表明,反正切变换法的相位校准精度优于其他2种方法,并且工作时间缩短,从而验证了反正切变换法的可行性.     

电子对抗相控阵接收天线的波束控制系统

波束控制系统是电子对抗相控阵接收天线波束扫描的控制核心,其性能好坏直接影响到相控阵接收天线的功能.本文在自行设计的电子对抗相控阵接收天线的基础上,介绍了用TP801—B单板机、MS—51单片机构成的波速控制系统,并给出了相应的硬件设计原理图及部分程序流程图.经与相控阵接收天线联接测试表明,两种波束控制系统均能输出正确的配相值,并能根据外部命令进行相应的处理和显示,工作稳定,显示正确.     

微波移相器主体类型分析与铁电移相器电路设计研究进展

移相器作为一种可调控导引波输出信号相位的功能性器件,被广泛应用于波束形成网络、相位调制器、相控阵天线等电子、雷达、通信系统并对相关系统性能的优劣有着最直接的影响。因此设计出满足未来发展需求的,兼具高性能、稳定性、小型化、低成本的实用化微波移相器对于微波技术的发展至关重要。为解决当前技术所面临的发展瓶颈,实现相关技术革新,需从整体上分析各类移相器的技术概况、优劣势与发展现状,精确梳理移相器未来发展趋势,更好地将相关领域学术研究的最新进展融入移相器的设计。基于以上目标,对移相器的发展进行了较为系统的总结,分别介绍了铁氧体移相器、PIN二极管移相器、MEMS移相器、铁电移相器的移相原理与性能指标,重点分析了基于BST铁电材料移相器的微波电路设计,并结合相关技术趋势对BST铁电移相器的发展做出了一定的展望。     

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.     

双极化圆柱介质谐振器天线设计与实验研究

全极化数字相控阵天线具有波束扫描灵活、抗干扰能力强的优点,已成为以飞行器为载体的雷达天线领域的发展趋势之一。考虑到安装平台的限制,天线单元是相控阵天线的关键部件,研制适合工程应用的双极化天线单元具有重要意义。提出以双极化介质谐振器天线为全极化数字相控阵天线单元的设计方案;该方案具有辐射效率高、结构简单、易于馈电、体积小、极化端口隔离特性好等性能。设计了一种带有金属反射板的双极化圆柱形介质谐振器天线单元,采用全波电磁仿真软件对天线单元进行设计和优化,开展了天线单元的加工和性能测试工作。在4.95~5.05 GHz的带宽内,驻波比均小于2;天线的极化端口隔离度约为-20 d B;测试的天线波束宽度约大于80°,增益约大于6 d B,交叉极化电平约为-20 d B。天线的性能达到预期的指标要求,适合于实际工程应用。     

基于光纤的矢量和微波光子移相器研究

针对相控阵天线中几种微波光子移相器的实现方法进行了分析比较,重点对基于光纤的微波光子移相器原理进行研究,并在此基础上设计了实现方案,通过引入光可调定向耦合器和保偏光纤,降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗,增强了移相器的可控性。并对光纤精度控制进行了分析,最后给出了基于4路保偏光纤的0°-360°移相器方案。该方案易于实现且有一定的新颖性。     

实现小相移数字式微带负载线移相器的一种新方法

提出了一种微带负载线移相器的新设计方法,构建了一种蝶形负载线移相器,实现传统设计方法无法实现的小相移(22.5°,11.25°,5.63°,…),可用于卫星移动通信系统中的低成本高精度的相控微带天线阵．研制样品实测结果证明了这一新设计方法的正确和可行性．     

K波段CMOS反射负载型无源移相器

研究应用于K波段相控阵收发系统的差分反射负载型无源移相器的设计方法.基于TSMC 90 nm CMOS工艺实现了一个5 bit移相器,其反射负载由电感和变容二极管并联组成.测试结果表明,该移相器的移相误差在23~25 GHz频带内小于6°,在22~26 GHz频带内小于15°.又基于相同工艺提出了一个改进的6 bit移相器,采用品质因数相对较高的叉指电容阵列替代传统的变容二极管,通过开关控制实现电容值的改变.仿真结果表明,改进版移相器的移相误差在23~25 GHz频带内小于4°,在22~26 GHz频带内小于8°.