毫米波相控阵板级集成天线技术研究

随着毫米波雷达及通信系统的快速发展,有源相控阵天线日益成为当前研究的热门天线形式。然而,毫米波有源相控阵存在空间紧凑、结构复杂、装配繁琐等问题。本文介绍了一种可应用于毫米波相控阵的板级集成天线,并对其天线阵列、垂直过渡等关键结构的设计进行了讨论。该阵面将天线阵列、收发组件和馈电网络全部集成在一块基板上,具有结构简单易于量产的特点。文末给出了对所设计的有源阵面的暗室测试结果,结果表明该天线在毫米波雷达和通信系统中具有巨大的应用潜力。     

毫米波微带偶极子天线阵列

介绍了一种毫米波微带双面偶极子天线线阵。在单元天线设计的基础上，对相邻天线单元互耦的影响进行了仿真分析，然后根据实际测试结果，对相邻天线单元互耦的影响进行了分析。实测结果表明，该天线阵列具有较好的驻波和互耦性能，适合用于相控阵系统。     

毫米波多功能有源相控阵天线设计与实现

为了满足某型雷达的性能要求,显著提高其作战效能,提出了一种基于单脊波导宽边缝隙阵的毫米波多功能有源相控阵天线系统设计与实现方案。阐述了该相控阵天线系统的设计原理和组成架构,并对涉及的关键技术进行了详细分析。在理论分析与仿真设计的基础上,研制了该相控阵天线工程样机并对其进行了相关实验验证。实测结果表明,该毫米波多功能有源相控阵天线系统性能优良可靠,可满足总体技术指标要求。     

一种低成本星载宽角扫描相控阵天线设计

设计了一种工作于X 频段的星载圆极化相控阵天线。相控阵天线单元的馈电探针与连接器进行了一体化设计,消除了焊点,提高了阵面的可靠性;同时阵列单元周围加载金属腔体结构,降低了单元间的耦合,展宽了天线波束,提高了阵列的扫描增益;阵面为全金属结构,可实现相控阵的均温性与内部热量的辐射,阵面自身具有较强的空间抗辐照能力,同时也能对相控阵内部的有源器件提供良好的辐照屏蔽。相控阵有源组件和合成网络采用瓦片架构,具有轻量化和低剖面的特点。所设计相控阵天线具有±60°宽角扫描能力和4%的工作带宽。     

锥体共形相控阵天线的特性分析

基于电磁场理论推导了锥体共形相控阵天线的阵因子。与平面相控阵天线相比,锥体共形相控阵天线单元间的空 间相位差既与阵元的轴向位置有关,又与阵元的周向位置有关。因此,在进行锥体共形相控阵天线设计时,除采用二维相 控阵形式外,尽量避免采用一维相扫锥体共形相控阵天线。     

宽波束柱面共形毫米波微带天线设计

提出了一种利用保距变换设计宽波束圆柱共形毫米波微带天线的方法,并利用保角变换设计了该天线的馈线.作为实例设计了一个宽波束柱面共形毫米波微带天线单元以及一个由八个该天线单元组成的天线线阵,ANSOFT HFSS软件的模拟结果证明了该设计方法的可靠性.与传统的微带天线和阵列相比,本文提出的微带天线单元具有较大的波束宽度,由其构成的线阵在大角度扫描时,具有低副瓣以及较宽的周向波束.     

一种小规模超宽带相控阵天线设计

目前基于阵元间强耦合效应已设计出超宽带相控阵天线,但是其规模较大。针对规模小或者在扫描方向上规模小,如何增强阵元间耦合而实现超宽带相控阵天线的问题,采用平衡对踵Vivaldi天线(BAVA)作为天线单元,优化天线单元辐射金属的形状,并采用镜像法布阵天线单元设计出一个小规模4×16的斜极化超宽带相控阵天线。仿真和试验结果表明,采用的方法可以增强小规模超宽带相控阵天线的阵元间耦合效应,实现频率0.8f0~2.0f0驻波比小于2,法向增益达17.34~23.0 dBi,在±45°范围内实现无栅瓣扫描。该小规模超宽带相控阵天线已在实际工程中应用。     

一种新型低剖面宽带相控阵单元研究

提出了一种新型低剖面水平极化的宽带平面相控阵单元,并采用矩量法对该天线进行了分析和研究。研究表明:该天线单元电尺寸小、剖面低、增益高、频带可达3个倍频程,与传统的相控阵单元相比有着独特的优势。最后,给出了5×5天线阵中单元电气特性,结果表明:该天线单元满足平面阵的组阵要求。     

端射相控阵天线设计

首先分析了端射相控阵列的特殊性,以及传统理想点源阵描述端射阵列的不足。然后以八木天线为原型设计了平板端射天线。为了提高增益和方向性,把四个平板端射天线单元在端射方向上排列。通过调整单元之间的间距和馈电相位,形成特殊的相控阵,达到了比较好的组阵效果。经过仿真和实际加工测试,认为这种天线结构优于传统的组阵形式。     

S频段大扫描角圆极化相控阵天线研制

设计了一套S频段圆极化相控阵天线,该相控阵天线采用9个微带贴片天线单元进行优化排列与旋转组阵实现。通过HFSS软件仿真,在辐射功率10 dBW的情况下,该相控阵天线在方位360o俯仰±80o的大扫描角范围内,具有大于15 dBW的等效全向辐射功率（EIRP）,法向轴比在整个频带内平坦且小于0.5 dB。设计并装配好该相控阵天线后进行测试,得到扫描范围内大于15 dBW的EIRP值,同时测得法向轴比在整个频带内平坦且小于1 dB,测试值与仿真设计值吻合很好。     

基于FFT的相控阵雷达校准方法

相阵控天线由于单元间互耦,器件的制造,组装误差,老化,热变形和组件更换的影响而产生幅相误差,必须进行校准和补偿。文中提出一种新的校准方法,先在相同的频率和环境条件下分别进行ＦＦＴ外校准和初次ＦＦＴ内校准确定内外场校正系数,然后在雷达使用期间只需作天线ＦＦＴ内校准就可获得理想的精度,用一２４单元实验阵列对此作了实验验证。此方法具有低设备量和高校准精度,适用于一维,二维相控阵雷达,尤其适合于机载或地面     

基于近场测试的相控阵天线自动化校准 与阵面监测方法

相控阵天线装配好之后,由于各组成部件机械加工误差、装配误差、部件老化更换和环境温度改变等因素,各 单元通道的初始幅相产生差异,因此必须对天线的所有系统进行校准。本文针对小型化相控阵平台,通过硬连接将相控 阵天线的波控系统与测试设备相结合,提出一种简便的自动化近场逐点校准方法。同时,本文还提出一种简单的外监测 方法。当相控阵天线工作期间,可对阵面的幅相分布进行监测。可在相控阵天线工作期间,对近场幅相校准数据进行修 正,达到阵面自身校准的目的。经对一个16阵元的相控阵天线进行实验测量可知,该自动化校准与阵面自身校准方法可 以准确、快捷测试出天线阵面的幅相分布。非常适合一维、二维相控阵天线,尤其是小型化相控阵天线的幅相校准与监 测。     

一种圆形共形相控阵天线的设计与分析

矩形栅格平面相控阵天线经常受到圆柱形设备的约束,本文研究设计了一种阵元非均匀分布排列的圆形口径相控阵天线方向图,建立数学模型并对其进行了公式推导和计算机仿真。同时与同等规模的矩形栅格平面相控阵天线方向图进行对比分析。分析表明,前者的半功率点波束宽度要小于后者,主瓣能量利用更加集中,提高了扫描性能,辐射能量大致相同的情况下,前者所需要的阵元数要少,节约了成本。     

Optical techniques for reconfiguring microwave phased arrays

Very large phased array antennas, particularly in radar and adaptive receive applications as opposed to communications usages, require large amounts of digital data processing for beamsteering, null-formation, imaging, and signal correlation computations. Such processing requires a computational capability which is effectively proportional to the square of the antenna size, and can readily become one of the main design drivers. This processing bottleneck problem is addressed for large phased array antennas. An approach in terms of parallel processing in the optical domain is presented as a potential solution. The defining equations for a phased array antenna system are given, along with the transfer functions for an embedded optical spatial filter control element. Such a control element is shown to have the potential of rapidly reconfiguring a large phased array antenna without the speed penalties associated with conventional sequential addressing methods. A hypothetical phased array antenna, with optical spatial filter control elements, is simulated in a computer model and performance results are presented     

宽带端馈式同轴矩形波导天线单元的研究

端馈式同轴矩形波导作为同轴波导变换,前人已经作了很详细的分析计算.由于端馈式同轴矩形波导与自由空间匹配困难,它很少用作辐射天线单元.本文用环耦合法和FDTD法对这种三维非均匀天线单元结构的特性进行了深入的研究,不仅减少了计算时间和空间,而且提高了计算精确性,得到这种相控阵天线单元的辐射方向图和驻波特性曲线,并进行了实验验证,解决了端馈式同轴矩形波导与自由空间的匹配问题.研究表明该种相控阵天线单元具有带宽宽、大扫描角的特点,可以广泛的用于地面、机载和星载相控阵雷达或者通信系统.     

数字化子阵天线及通道指标测试方法研究

伴随着雷达技术的飞速发展,数字化相控阵天线开始广泛运用于各种相控阵雷达当中;阵列规模的大型化促成了子阵技术的出现、发展与应用,数字化子阵的应用可以在保证阵列雷达系统性能的同时最大限度地降低系统成本及工程实现难度。由于数字化相控阵天线的工作原理与传统模拟相控阵天线差异极大,测试方法也发生了根本性的改变,本文就数字化子阵的工作原理进行了探讨,提出了新型数字化子阵天线指标的测试方法及测试系统基本架构,同时详细阐述了重要通道指标的测试步骤。     

一种双极化液晶阵列天线设计与方向图综合方法

针对极化相控阵雷达应用背景,提出了一种基于电磁调控液晶的二维方向图可重构双正交极化阵列天线设计方法.该阵列天线设计由两种极化方式的亚波长超表面天线线阵交替排列构成,线阵上的单元均有两种工作状态,且每个单元都可以独立控制.该天线在一个方向维度上利用液晶超材料结构的电磁调控能力采用全息方向图综合方法实现了两个极化方式的独立调控,另一个方向维度上采用外部移相器对两个极化方式进行分别调控,创新地在两个方向维度上分别实现了正交极化信号的同时方向图重构,并确保了正交极化在二维方向图重构的一致性和良好的隔离度.仿真结果表明在法线两个正交极化的主瓣电平差小于0.01 dB,波束指向角为-40°时两个正交极化的的主瓣电平差小于0.02 dB.文章提出的双极化液晶阵列天线设计和方向图综合方法具有正交极化一致性好、结构简单等特点,并具有低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等优点,为小型全极化相控阵雷达精确信号制导应用提供了一个新颖的设计方案.     

二维电扫三坐标雷达技术应用分析

采用相控阵天线的三坐标（3D）雷达是目前3D雷达中的主要品种，具有在仰角上进行电扫描能力的3D雷达已获得广泛应用。为了满足对新一代3D雷达的需求，采用在方位与仰角上进行电扫的相控阵天线有重要意义。文中着重讨论了采用二维电扫相控阵天线后3D雷达性能的改善和应用潜力。     

低互耦星载相控阵天线设计

介绍了一款工作于Ku频段的低互耦星载相控阵天线的设计方法, 采用在阵列单元周围加载金属腔体的方式降低阵列单元之间的互耦效应, 从而改善相控阵天线的方向图扫描特性.针对相控阵天线在二维±60°范围内低副瓣波束扫描的特点, 对5×5子阵和16×16阵列进行了研究, 验证了阵列的互耦降低方法的有效性和电性能.研究结果表明:相控阵单元间互耦小于-16 dB, 而相控阵单元在15.1~16.8 GHz电压驻波比小于2, 相对带宽11%;在频率为f₀±500 MHz范围内, E面3 dB波束宽度大于98°, 5 dB波束宽度大于113°, H面3 dB波束宽度大于113°, 5 dB波束宽度大于122°.在仿真设计的基础上, 研制了子阵天线试验样机, 测试结果与设计结果吻合良好, 证明了降低互耦方法的有效性, 天线单元方向图满足在±60°范围内波束扫描的要求, 可应用于相控阵雷达系统.     

激光相控阵与微波相控阵发射天线技术体制的比较

借鉴微波相控阵雷达技术,有的放矢加快探测型激光相控阵雷达的技术发展与应用,从仿学微波相控阵雷达发射天线基础知识入手,提出微波相控阵雷达发射天线与光纤激光相控阵发射天线可比较的部分技术参数;分析了光纤激光相控阵发射天线的技术要点与潜在能力,并立足现有研发水平对其系统功能与规模进行了预测;尝试对光纤激光相控阵与微波相控阵天线的技术特点与面临主要问题进行了论述;提出两者体系内互相配置,不仅有助于提高微波相控阵雷达在复杂电磁环境下对中近程高速、隐身和多目标的探测、识别与定位能力;同时也可适当减少激光相控阵对目标大范围区域搜索的压力的观点。