如何提高小型反射面制导天线的效率

在微波接力通讯设备、卫星通讯设备、雷达及飞行器上,反射面天线得到了广泛应用。为了在一定的口面尺寸上获得最佳增益,国内外的天线工作者做了大量的理论与实践工作。其一是研制高效率馈源,如:变张角多模圆锥喇叭、波纹喇叭等。其二是修整反射面。其三是加介质导结构。采用这些技术只为达到一个目的,即是使反射面天线的口面场分布函数最大限度地接近预先选定的理想的口面场分布函数。本文简单评述了这些方法的特点,在设计计算中存在的问题和值得进一步探讨的课题。对于飞行器上制导用的小型反射面天线,上述技术不一定完全适用。本文提出:用在馈源内加介质负载的方法,使反射面天线的口面场分布函数最大限度地逼近理想的口面场分布函数,是提高小型反射面天线效率的简便易行,切实有效的方法。其基本原理是,在馈源内适当位置加一定形状的低耗介质负载,可以改变馈源口面场分布函数,使其初级方向图接近理想方向图,进而改善了对反射面的照射,使反射面口面场分布函数更接近所期望的口面场分布函数。这与采用其他复杂技术所达到的目的是一样的,但对小型反射面天线有效增益系数的提高优于其他技术,不仅提高了效率,而且在其他指标上也带来了优点。本文除了一般论述外,举了一个弹上制导用的“介质加载馈源,高效率,小型反射面单脉冲天线”实例,论述了其设计方法和遵循的原则,给出了实测结果。为了证实本文提出的方法所能达到的实际效益,又与“波纹喇叭多模馈源,整型付反射面加介质导小型反射面单脉冲天线”,在设计方法的准确程度,交叉极化特性,对抗多路径效应的干扰能力,和差支路的相位差随频率的变化,天线相位方向图等方面作了比较,其优点是显而易见的。     

旋转抛物面天线近焦球面场分析

应用物理光学法和物理绕射理论分析计算了更接近馈源特性设计要求的焦区小球面上的场分量,得到了场分量的振幅、相位分布与反射面尺寸,小球面尺寸、位置的关系,并给出了数值计算结果曲线。     

应用复馈源波束方法分析反射面天线辐射场

基于在复空间内将馈源辐射场分解为多个复馈源波束(CSB),提出了应用复源波束快速计算反射面天线辐射场的方法。每个CSB在反射面上的复反射点和复散射点可由复空间内的几何光学理论与几何绕射理论计算得到。计算机仿真结果表明,与物理光学法(PO)相比较,该方法具有计算速度快,精度较高,且计算速度与频率无关的优点。     

双极化双波段天线

天线系统包括一个反射器天线，它响应第一频率的射频，包括第一反射面、第二反射面和一个卡塞格伦馈电系统。天线系统还包括一个列阵天线，它由大量天线阵元组成，响应第二频率的射频信号，其中中心阵元和反射天线的馈源处于同一位置。这样可以得到性能提高的双波段天线系统。该系统比现有的类似结构的天线结构更加紧凑，其辐射特征也得以提高。     

X波段双圆极化喇叭天线的设计与仿真

介绍了一种基于波导圆极化器的新型X波段双圆极化喇叭天线,该天线由同轴波导转换器、波导隔板圆极化器和喇叭组成。为了改善天线的辐射特性,双扼流环多模喇叭馈源被用来抑制旁瓣,波导隔板圆极化器采用圆波导结构,由HFSS9.2软件进行了建模仿真计算。结果表明,这种天线带宽宽,具有良好的方向性和圆极化特性。     

宽频带引信天线的设计

介绍了引信作用的宽频带微带天线阵的设计方法与过程，分析了天线的工作原理，并将天线的理论计算数据、HFSS软件仿真的数据与实际测试数据作比较，得到测试数据与仿真数据比较吻合的结果：该天线主峰倾角值偏离天线阵轴30。附近，在400MHz带宽内最大增益值大于10dB。     

用共轭场匹配法补偿反射面天线表面畸变

人们对补偿反射面表面畸变的可行性已进行了大量的研究。空间通信反射天线系统的性能(增益、副瓣电平、零点位置、波束宽度等)会随着由变化的阳光的热效应所引起的反射面表面畸变而变坏。本技术使辐射设计性能不受反射面表面上的热效应的影响。单片微波集成电路(MMIC)的出现使得阵馈反射面系统的设计可以达到很大的自适应性,MMIC阵独立控制馈源阵的每个辐射单元的振幅和相位。在表面畸变时要维持设计辐射性能所需要的单元激励的获得是基于共轭场匹配技术的。文中假设已知畸变表面特征(X,Y,Z,一阶导数和二阶导数)。     

一种控制增益和副瓣的归一化反射面/阵表面补偿算法

由热、风等效应引起的反射面/阵表面的表面畸变会恶化这些表面的工作质量。本文在归一化先前的利用匹配阵馈源诸方法的基础上得到的归一化补偿算法,可补偿掉这些影响,保持反射面的设计性能。并举出一例子以验证此算法。     

天线微型单脉冲馈源

由于空载雷达受到安装位置的限制，因此天线的小型化设计显得十分重要。在分析了介质填充波导的特性后，着重论述了小孔径天线单脉冲馈源的微型化设计的原理和方法。     

一种双反射面天线的快速计算方法

针对双反射面天线波束赋形优化过程中,物理光学法(PO)在计算副反射面对主反射面作用耗时较多的问题,提出了一种物理光学法的加速方法,减小计算复杂度加快求解,并给出了详细的计算公式。对Ka波段卡塞格伦天线进行远场分析,文中方法与物理光学法计算结果相吻合,计算效率得到显著改善,该方法的有效性得到验证。     

Analysis and Design of a New Shaped Spherical Reflector Antenna with a Horn Feed

A design method of a new shaped spherical reflector antenna with a horn feed for wide-angle scanning is presented, in which the horn＇s phase center need not be found out and its optimal position can be determined. It is found from numerical calculation that the shaped spherical reflector antenna has better electrical performance than that of the spherical reflector antenna, at the maximum gain value under the conditions of the same feed and reflector aperture, and can be used as a wide angle searching antenna.     

毫米波抛物面多波束天线分析与设计

针对工程实际应用，本文深入分析了主模圆锥喇叭馈电多波束抛物面天线的辐射特性，通过快速哈特莱变换(FHT)对辐射场积分的处理，利用软件优化仿真得到了抛物面多波束天线设计的关键参数和辐射方向图，大大简化了工程设计中各设计参数的复杂考虑和计算量，最后利用优化结果设计了8波束抛物面天线。该分析对工程设计有着极其重要的参考价值。     

聚能装药金属射流在天线中的应用研究

瞬态小型化天线是天线技术研究的热点。针对聚能金属射流在小型化天线上的应用问题,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,以装药直径为50 mm锥形聚能装药为研究对象,进行了聚能金属射流天线形成偶极子天线理论分析。利用有限元软件LS-DYNA,对装药结构、炸药材质形成的聚能金属射流天线适用性开展数值仿真研究。研究结果表明：聚能装药形成的金属射流天线满足瞬态小型化特点,具有与波长匹配的长度、连续性和良好接口;聚能金属射流作为电磁脉冲辐射天线使用时需要具有一定长度和杵体,射流直径和杵体直径有过渡且杵体变化较小,可获得较大增益,金属射流在未完全成型时输入阻抗最小;小锥角罩形成的金属射流更能满足天线要求;药型罩厚度为2.1~2.3 mm时,形成的金属射流天线长度最大,存在一个辐射频率极值;B炸药装药形成射流天线的速度大于JH-2炸药和梯恩梯炸药,且B炸药装药爆炸产生金属射流的断裂时间最佳,最大杵体半径适中,断裂时可用天线长度最长,作为天线应用时可辐射的频率范围最大,更适合作为聚能金属射流天线使用。     

并行FDTD方法在振子阵列天线瞬态散射特性计算中的应用

构建了Beowulf并行计算集群系统，并对其进行了效率分析。进行了时域有限差分方法( FDTD)的并行程序设计。利用该程序计算仿真了几个大型的带反射面的阵子阵列天线的远场时域散射特性，并给出了反射面的电流密度分布以及后向散射场时域波形和能量方向图，分析了后向散射场的峰值和能量随阵列尺度的变化关系，发现散射能量的改变较散射场峰值的改变更加明显。     

弹载双波段共面单脉冲天线的设计

采用多模馈源和极化隔离技术,设计出适合小弹径导弹使用的共口径双波段卡塞格伦单脉冲天线。研制出来的主被动单脉冲雷达跟踪天线,较好地解决了和差矛盾问题,达到了被动天线频带宽、主动天线高增益、低副瓣的特性要求。     

一种新型的低剖面阿基米德螺旋天线

采用光子晶体取代传统金属反射腔作为反射面,设计了一种新型的低剖面阿基米德螺旋天线,运用Ansoft HFSS软件进行仿真计算,仿真结果与实验数据吻合,在有效的工作带宽内,该类天线的性能得到了改善,并介绍了扩展该类天线工作带宽的两种方法。     

基于移动式测试车的二次雷达天线外场测试方法

为解决在二次雷达阵地或外场试验场等环境下,天线不易转动或移动的二次雷达天线方向图测试困难的 问题,采用基于移动式测试车在行进中实施天线方向图测试的方法。分析常规天线远场测试原理,详细阐述文中方 法的测试原理、系统组成、流程及误差计算,并在某外场试验场对实装天线方向图进行测试。结果表明：该方法基 本与暗室测试结果保持一致,能解决上述受限外场环境下天线方向图测试问题。     

小型化X波段介质加载单极子天线

针对传统单极子天线在X波段体积大,不利于常规炮弹引信小型化的问题,提出了小型化X波段介质加载单极子天线.该天线的辐射单元采用空心棒状结构,通过锥形过渡结构与同轴馈线连接,辐射单元内嵌在介质套筒中与抛物面底板通过台状结构咬合固定.测试表明:天线尺寸相对于传统单极子天线减小30％,带宽增大50％.该天线有利于引信的小型化,可以应用于多种无线电探测引信中.     

收／发共用天馈系统的收发隔离研究

介绍了雷达导引头收／发共用天馈系统的工作原理以及收发隔离的重要意义，着重分析了收／发同时工作情况下收发隔离的计算，并分析了在给定收发隔离指标前提下天线以及隔离装置的匹配要求，对天馈系统设计具有一定的参考意义。     

抗干扰设备中的宽带分形微带天线

在馈源终端引入自相似性分形结构,提出了一种新型的抗干扰宽带微带天线。采用电磁仿真软件Ansoft HFSS对分形馈源对驻波的影响和电流分布进行了仿真与讨论,获得了约116%的阻抗带宽(VSWR≤2),频率范围是1.66 GHz~6.20 GHz,比文献[3]中没有做分形结构处理的天线展宽了200 MHz带宽。分别给出了2 GHz和5 GHz频点的计算方向图,方向图在频带内基本相同。