共形天线阵列流形的建模方法

 共形天线阵列流形的数学建模是共形阵列天线信号处理的前提和基础.由于载体曲率和单元方向图指向的差异,在共形天线阵列流形的建模中,我们遇到的突出难题是如何实现单元极化方向图在阵列全局坐标系中的有效建模.首先利用三次欧拉旋转变换构造了任意三维几何载体共形天线全局直角坐标系到单元局部直角坐标系旋转变换的统一框架,并以此为基础,实现了共形天线全局极坐标系到局部极坐标系的空间旋转变换和单元极化方向图的全局旋转变换.最后,通过柱面共形阵列天线固有的遮蔽效应进一步验证了单元方向图旋转变换的正确性.     

共形相控阵天线仿真与优化

推导了任意有向阵列的方向图函数,采用同心圆等角度配置方式建立了锥面共形相控阵天线模型,得到了该配置方式下天线阵列的方向图函数,最后在该配置方式下对共形相控阵天线的波束特性进行了分析。仿真结果表明：该共形相控阵天线在方位面及俯仰面上波束宽度均为,副瓣电平低于-12dB。     

基于近场校正的相控阵天线低副瓣方向图综合

相控阵天线单元存在着幅度和相位误差,这些误差的综合作用会导致天线方向图副瓣电平达不到优化设计结果。提出了一种基于近场幅相校正的相控阵天线低副瓣综合方法,首先采用近场单通道测量方法,得到相控阵天线阵面的实测幅相值;然后采用非线性二乘法对天线单元幅度和相位进行优化综合;最后根据优化幅相值对实测幅相值进行修正,获得相控阵天线阵面幅相配置参数。方向图实测结果表明该方法可行、有效。     

基于粒子群算法的低副瓣螺旋天线设计

提出了一种单绕低副瓣螺旋天线的设计方法. 在单绕螺旋天线外加一个金属锥面来改变天线的辐射特性. 采用粒子群算法对影响天线方向图的参数,包括金属锥面两端的口径和长度进行了设计,以降低天线辐射方向图的最大副瓣电平. 仿真分析和实验测试结果说明在要求的1268.5±10 MHz频带范围内该天线驻波比小于1.15,天线方向图的最大副瓣电平低于-25 dB.     

3D打印技术在机载超宽带共形天线中的应用研究

为提高共形相控阵天线的设计制造效率,在平面紧耦合天线的基础上,设计了与飞机襟翼曲面共形的紧耦合超宽带相控阵天线。按照共形天线的安装要求,提出了混合3D打印技术,即采用熔融堆积成型技术及微滴喷射成型技术实现襟翼流线型曲面模型的打印,并完成了紧耦合天线辐射层的打印,验证了3D打印技术在共形天线上的应用。加上馈电结构后对单元电压驻波比(voltage standing wave ratio, VSWR)和方向图进行了测试,结果表明所设计的天线在0.4～2.0 GHz范围内,VSWR、单元方向图和阵列方向图符合设计技术指标,为后续共形天线设计和加工提供了技术基础。     

基于欧拉旋转和极化投影的共形阵列建模方法

共形阵列建模是共形阵列方向图综合优化、信号处理等研究工作的基础。与传统极化敏感阵列不同,受共形载体曲率影响,共形天线单元呈现多极化特性,共形阵列建模不仅要考虑空域导向矢量,还应考虑入射信号极化矢量在阵元极化方向图上的投影,这也是共形阵列建模的重点和难点。针对该问题,本文在利用欧拉旋转得到阵元局部方向图表示的基础上,给出了入射信号极化矢量在全局和局部坐标系下向阵元极化方向图极化投影的三种方法,完善了共形阵列建模理论,分析了不同建模方法的复杂度,并利用全局坐标系极化投影方法将广义信号子空间拟合算法应用于共形阵列。仿真结果表明,本文方法与全局极坐标系极化投影方法得到的共形阵列模型具有一致性,且不同建模方法对不同应用场景具有各自的适用性。      

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

共形相控阵天线方向图综合

本文给出了共形相控阵天线方向图的理论综合方法，相应的数值计算和优化结果已经得到。考虑了公差等因素之后研制出共形阵天线的馈电网络，实际的共形阵方向图测量结果表明：在１５％ 以上的带宽内方向图的最大副瓣电平低于－３０ｄＢ。     

共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法

 针对共形天线载体曲率和单元方向图指向的变化,建立了三维共形天线导向矢量的数学模型;推导了阵列互耦与方位依赖幅相误差的等价关系;通过引入少量远离共形载体的辅助阵元和方向未知的校正信源,提出了共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法.辅助阵元法只需要参数的一维搜索和线性方程组求解,可以实现校正信源方位和共形天线互耦系数的联合估计.计算机Monte-Carlo仿真实验验证了辅助阵元法互耦校正的有效性.     

采用FFT-PSO策略的多约束稀疏阵天线方向图综合

采用稀疏布阵的相控阵测控天线,阵元等幅激励时的阵列峰值副瓣电平无法满足指标要求.在考虑天线增益、半功率波束宽度等指标约束时设计了合适的适应度函数,并基于粒子群算法(PSO)对阵元激励幅度进行优化以降低天线副瓣电平.同时,分析了等间距栅格平面阵列天线方向图与离散傅里叶变换的关系,采用快速傅里叶变换(FFT)降低了阵列方向图计算复杂度.仿真结果表明,该方法可有效降低峰值副瓣电平和计算复杂度.     

基于副瓣峰值控制的天线阵方向图综合

在干扰入射方向,自适应天线阵方向图会产生零陷,使副瓣电平降低。根据自适应阵列的这一特性,应用一种基于最大输出信噪比准则的改进自适应算法对天线阵进行方向图综合。假定有大量干扰信号施加到方向图副瓣区,通过只对副瓣峰值电平进行控制调整加权值,降低副瓣电平,得到满足副瓣要求的目标方向图,使算法得到简化。可以应用于不等间距直线阵列和矩形平面阵的方向图综合问题。考虑了阵元间的互耦及阵元方向图特性的影响。仿真结果证实了该算法是可行的。     

Basic array theory

Basic antenna array theory is outlined with major emphasis on pattern analysis and synthesis for periodic linear and planar arrays, phased arrays, and conformal arrays. Extension is made to synthesis techniques which use computer algorithms. These include arbitrary sidelobe control, shaped beams, and phase-only null steering. The subjects of random errors and phased array quantization errors are outlined     

Minimization in variations of different parameters in different φ planes of a small-size concentric ring array antenna using firefly algorithm

The radiation pattern of a small-size concentric ring array antenna does not remain φ-symmetric, if the array is made with an appreciably lesser number of antenna elements. The sidelobe level, first null beamwidth (FNBW), half-power beamwidth (HPBW), and the null depths of the radiation pattern change significantly in different φ planes. An efficient pattern synthesis method has been developed in this work to reduce the variation of sidelobe level, FNBW, and HPBW of a small-size concentric ring array of isotropic antennas, for different φ cuts. It is done by finding out an optimum set of amplitude distribution of the array elements using firefly algorithm. The sidelobe level and the first null depth of the array are kept below a desired value for all the defined φ cuts. The directivity of the optimized array and the uniform array has been computed. The variation of all these parameters for different φ cuts has been compared to the same array with uniform excitation among the elements.     

Antenna array pattern nulling by controlling both amplitude and phase using modified touring ant colony optimization algorithm

This paper presents an efficient method, based on the modified touring ant colony optimization algorithm, for null steering of linear antenna arrays by controlling both the amplitude and the phase of array elements. The maximum sidelobe level, the null depth level and the dynamic range ratio are taken into account in the pattern synthesis. Simulation results for Chebyshev patterns with the imposed single, multiple and broad nulls are given to show the effectiveness of the proposed method.     

Conformal four-beam antenna arrays with reduced sidelobes

Investigations on sidelobe reduction in multibeam conformal antenna arrays are presented. The recently presented concept of sidelobe reduction in planar multibeam antenna arrays in conjunction with the phase compensation technique has been applied for the design of reduced sidelobe multibeam conformal antenna arrays. Six- and eight-element antenna arrays fed by modified Butler matrices have been investigated and minimum radii have been found for which the sidelobe level is comparable to the respective planar multibeam arrays. A novel fully integrated six-element four-beam antenna array has been successfully designed in which sidelobes equal -14 dB for all four beams have been achieved.     

Wide-band nulling performance versus number of pattern constraints for an array antenna

The problem of wide-band pattern hulling for an array antenna is addressed, in particular the relation between the number of constraints imposed and the sidelobe suppression achieved. The two constraint methods considered are multiple nulling over a narrow angular sector and hulling of the pattern and its derivatives at a single point. To first order the sidelobe cancellation is shown to be independent of the actual pattern type and is determined by only two parameters: the number of null constraintsMand the number of sidelobesvto be cancelled. The latter parameter directly translates into a desired hulling bandwidthDelta f. A numerical solution to the problem is offered in the form of curves, from which the number of nulls required to suppress a jammer over a given bandwidth can be conveniently estimated. This number is indicative of how many degrees of freedom a conventional adaptive antenna system must allocate to attain a specific hulling performance.     

用遗传算法综合波束赋形基站天线

本文利用遗传算法对不等间距阵列天线进行优化,实现了一种赋形波束基站天线。天线模型用矩量法分析,并采用遗传算法综合天线方向图.在优化过程中通过合适的目标函数,保证了天线较好的频段特性,并压制干扰区副瓣、填充服务区零值、控制后瓣。优化后天线在整个工作频段上实际性能为:上副瓣小于－18.32dB,填充零点大于－14.71dB,前后比小于－26dB.与以前的方法相比,本文的结果更接近实际情况,并且该方法可应用于较复杂的天线.本文中的结果对工程和理论研究都有重要意义.     

基于遗传算法和模拟退火的不等间距稀布阵的设计

副瓣电平在天线阵列的设计中是很重要的指标,已经有很多方法进行这方面的改进。该文在稀布阵概念的基础上,引入了距离微扰,提出不等间距稀布阵的模型,来进一步改善天线阵的副瓣电平,并且利用遗传算法和模拟退火对这种不等间距稀布阵进行了综合设计。给出了200元线阵和4020面阵的优化结果,从仿真结果可以看到天线副瓣电平得到了改善。     

圆柱面上的轴向偶极子阵的低副瓣方向图优化综合

本文利用新的非线性最优化方法讨论圆柱面上的轴向偶极子阵的低副瓣方向图优化综合问题，利用阵列的单元可实现增益方向图，我们把阵列综合问题表述为一个约束非线性规划问题，采用新直接法求解该问题即可得出一组使阵列的总方向图满足副瓣指标要求，同时具有尽可能高的方向性系数的激励系数，如果阵列的总方向图不能达到副瓣指标，则可得出一组使阵列方向图在可达到的副瓣方向图综合设计的模拟计算结果。