基于子阵列的低轨星载多波束相控阵天线的设计与实现

该文针对采用CDMA通信体制的低轨通信卫星,设计了具有等通量覆盖的平面阵列多波束天线,克服了卫星波束大角度扫描带来的边缘问题和远近效应。采用遗传算法对正六边形天线阵列进行综合,结合子阵分割理论,在波束空间和阵元空间进行子阵分割,简化了波束赋形的参量数目,同时还提出了一种波束成形网络复用结构,节省了2/3的资源。最后研制了16波束相控阵发射天线,其平面近场测试结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了算法的正确性。     

星载多波束相控阵天线等通量覆盖设计

针对低轨卫星码分多址通信体制,为了克服卫星波束大角度扫描带来的远近效应和波束间干扰,提出了等通量覆盖和波束间频率复用方案。针对低轨卫星环境建立合理的天线波束扫描的数学模型,结合子阵分割理论,采用遗传算法对正六边形天线阵列进行综合;通过对多波束相控阵发射天线的唯相综合结果分析表明:天线等通量覆盖、旁瓣、波束指向等指标都符合设计要求,有效验证了算法的正确性。     

星载DBF多波束发射有源阵列天线

 低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天线技术来实现高增益、宽覆盖.本文针对低轨CDMA通信系统,设计了具有近"等通量"覆盖的平面阵列多波束发射天线,该天线由61微带单元天线阵、61个发射射频通道和数字波束形成网络组成;数字波束成形网络对输入的16个波束信号进行正交化、加权处理输出61路中频信号,由发射射频通道完成上变频和信号放大,最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的16个赋形波束覆盖.文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果,通过对16波束发射天线原理样机的测试,结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了天线系统设计的正确性.     

一种具有雷电防护功能的高增益垂直极化全向赋形天线设计

设计了一种具有雷电防护功能的大功率高增益垂直极化全向赋形天线.天线采用印刷偶极子作为辐射单元,通过4个单元俯仰组阵满足天线高增益要求.采用遗传算法优化阵元幅度和相位,实现天线俯仰波束赋形设计.通过功分器对均匀分布的4组赋形子阵列等幅同相馈电,实现天线方向图方位面全向覆盖.避雷针穿过天线印制板安装架安装于天线底座中心起雷...     

基于遗传算法的部分自适应波束形成方法

将一种改进的遗传算法用于星载平面阵列天线方向图的实时综合。为了使遗传算法适合实时应用,在唯相自适应阵列的基础上进一步采用了部分阵元和部分比特的自适应波束形成,以降低算法计算量,提高其收敛速度。对基于改进遗传算法的唯相阵列部分阵元自适应波束形成和部分比特自适应波束形成进行了研究。模拟实验结果表明,两种方案都能够在波束“凝视”方向满足一定增益的前提下有效抑制来自旁瓣的强干扰,而且具有比传统唯相算法更快的收敛速度。     

卫星反射面天线波束赋形的研究

卫星波束赋形天线普遍采用阵馈抛物反射面天线和单馈成形反射面天线。针对前者阵馈和后者反射面表面形状复杂的特点,本文分别采用了遗传算法和共轭梯度法对这两种天线进行了优化,并获得了中国版图的波束赋形,说明上述算法在卫星反射面天线波束赋形优化中是有效的。     

遗传算法在宽窄波束切换天线阵设计中的应用

采用对天线单元开关通断的方法,使天线阵形成不同的远场辐射方向图,实现阵列天线方向图宽波束和窄波束的切换。对一个24元线阵天线阵进行了设计。提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型。采用该算法对天线阵各个天线单元的电流幅度进行了优化计算,计算结果显示能够产生满足设计要求的宽波束和窄波束方向图。最后采用HFSS软件进行了仿真,计算结果与仿真结果吻合,证明了所提方法的有效性。     

基于遗传算法的非对称多波束反射阵天线设计

针对传统方法设计的多波束反射阵天线增益低、波束偏移大、要求波束对称等问题,通过引入全局优化算法中的遗传算法对反射阵相位分布进行优化,以完成非对称多波束反射阵天线设计。为验证其有效性,设计并制作了一副Ku频段,波束指向分别为θ1=25°,1=0°和θ2=15°,2=180°的非对称双波束反射阵天线。测试和仿真结果较吻合,天线在中心频点的增益为26.03dBi,效率达到28.04%,1dB增益带宽和3dB轴比带宽均能覆盖11.3~12.3GHz(8.3%),实测波束指向为θ1=24.3°,1=0°和θ2=15°,2=180°,波束偏移0.7°。结果表明遗传算法能有效完成非对称多波束反射阵天线设计。     

大垂直口径天线俯仰波束赋形设计

给出了一种大垂直口径天线俯仰波束的优化设计过程。大垂直口径天线由10个辐射阵元构成,可以看成为一个阵列。为使天线的辐射波束达到给定的波束要求,提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型,对各辐射阵元的馈电幅度和相位同时进行优化。计算结果显示,天线能够产生满足设计要求的俯仰波束。通过全波电磁仿真软件HFSS进行了验证,仿真结果与计算结果吻合,证明了所提方法的有效性和实用性。     

一种DBF体制卫星接收共形相控阵天线

提出了一种全数字波束合成(digital beam forming, DBF)体制卫星接收共形相控阵天线设计思路.该天线采用半球形共形阵排布方式, 阵元采用双层微带贴片天线实现宽带圆极化.在半球形的布局下, 通过判断卫星信号来波方向在球面上的投影来选择工作的阵元, 形成与来波方向一致的波束, 在全空域(—75°~75°)的仰角内可实现增益起伏小于1.5 dB的波束覆盖; 后端采用射频数字一体化设计技术, 可同时形成多个波束, 实现了一个天线跟踪多颗卫星的能力.最后加工和测试了天线样机, 验证了共形半球阵的波束形成能力.提出的天线设计思路有助于拓展数字波束体制在卫星通信中的应用, 对全空域多波束相控阵天线的研制具有指导意义.     

5G移动通信特殊成形基站天线设计

针对5G大范围覆盖的应用场景进行了设计探讨,提出通过对基站天线垂直面进行余割平方成形、以保证大范围覆盖应用场景下信号的均匀性的方法。首先通过算法推导,证明余割平方成形的功率辐射波束可满足5G信号均匀覆盖的要求;其次,采用约束最优化方法,把天线的方向性系数作为目标函数,把指定区域的波束电平作为约束函数,求解基站天线辐射单元的权值,得到满足余割平方成形的辐射方向图。在MATLAB环境下开发了实现此算法的程序。本文的创新之处在于用实际的单元方向图和约束最优化方法,在保证天线增益最优的前提下,综合出需要线阵列天线方向图。引入仰角单元与其他正常单元一起综合方向图,解决顶盲问题,是这个方法的一个应用实例。最后,仿真验证该方法,并设置场景对应用余割平方成形的天线与常规天线的信号覆盖进行比较,证明该方法对信号均匀性有极大的改善。     

60 GHz毫米波通信中一种新的波束搜索算法

采用毫米波进行信号传输,使多天线技术集成实现成为可能,继而可利用阵列天线波束赋形技术。然而,当天线阵元数增多时,将导致最优波束对的搜索算法复杂度急剧增加。该文充分利用不同数目阵元产生的波束特性,提出一种基于划区而治的逐步细化高效搜索算法;通过逐步增加使能天线数目,有效缩小搜索空间,最终实现最优波束对搜索。相比于现有方案,该算法能显著降低搜索过程中信令传输及能量消耗,仿真结果进一步验证了该算法的有效性。     

A printed circuit cylindrical array antenna

The design and performance of a Ku-band cylindrical antenna are described. The antenna is designed to provide a360degazimuth coverage with 20 dB sidelobes and an operating bandwidth of 1 GHz (16.0-17.0 GHz). The antenna consists of 16 facets of2 times 4dipole arrays. The360degcoverage is obtained with a switch matrix network. The antenna elements and the feeding switch matrix network are printed on a single printed circuit board.     

VHF antenna systems for spin-stabilized satellites

Lincoln Laboratory has developed two circularly polarized VHF antenna systems for use on spin-stabilized satellites, Both are described, and test results are discussed. One is a low-gain (3-dB) antenna with omnidirectional coverage in the equatorial plane. The second is a high-gain (10-dB) antenna with a despun beam electronically scanned to always be Earth directed. Development of the component dipole and slot array elements is explained, and performance data are given for the final flight configuration.     

Analysis and Particle Swarm Optimization of Correlator Antenna Arrays for Radio Astronomy Applications

A novel design methodology is presented for correlator antenna arrays in radio astronomy applications. In order to characterize the spatial-filter-like performance of a correlator array, an analyzer is developed to calculate its - coverage and synthesized beam, along with the capability to simulate the Earth rotation effect and the image retrieval process. On the other hand, particle swarm optimization (PSO) is applied to determine the locations of antenna elements in typical open-ended and closed array configurations (such as the ldquoYrdquo and the Reuleaux triangle), in order to achieve either the maximum - coverage or a synthesized beam with the lowest sidelobe level (SLL). Optimized arrays are observed to outperform uniform arrays and representative existing designs.     

Radiation characteristics of a spherical array of circularly polarized elements

The radiation properties of a spherical phased-array antenna with circularly polarized elements are studied. Each antenna element is assumed to have a cosine type of field pattern. It is found that such an array is capable of providing complete hemispherical coverage without appreciable loss of gain. The radiation produced by the array stays circularly polarized in all directions, and the state of polarization is independent of beam steering. A special distribution of elements on a spherical surface is developed. This considerably suppresses the grating lobes in the pattern and thereby makes the antenna array broadband. Numerical calculations are made to determine the directivity and half-power beamwidth for the radiation patterns produced under various situations.     

一种适合高层建筑密集区域覆盖的智能天线

本文提出了一种适合高层建筑密集区域覆盖的智能天线结构和覆盖方法.针对不同高度和宽度的高层建筑可调整该天线的垂直面和水平面波束宽度,获得良好的覆盖区域;业务波束会随着业务终端所处不同楼层位置赋形跟踪.经过仿真验证表明,该天线和方法适合高层建筑密集区域覆盖,有利于节约资金和有效保证网络的深度覆盖.     

Extending the R-2R lens to 360°

The R.2R lens is a remarkable microwave device that provides perfect focusing, giving multiple simultaneous antenna beams from a circular or cylindrical array. However, the perfect focusing of the R-2R brings with it a serious limitation on angular coverage as a result of the angular doubling that enters when the array elements in the antenna are connected to the launcher elements on the lens periphery. We have now found a way to modify the R-2R concept so that a full circle of array elements can be mapped onto a full circle of beam ports. The new mapping makes use of hybrid junctions and either four or six physical lenses. The interconnections result in360degof simultaneous antenna beams, each of which can be used both for transmission and for reception.