基于结构误差的六边形相控阵天线电性能分析

相控阵天线(Phased Array Antenna,PAA)阵面加工、安装中产生的随机误差导致天线电性能的下降,严重制约高性能PAA的发展.通过考虑互耦参数,且将阵面存在的结构误差作为附加的相位因子引入到天线方向图函数中,建立了平面六边形PAA阵面结构误差与天线电性能之间的结构-电磁耦合模型,并仿真分析了考虑互耦时结构误差与天线电性能的定量关系,以及天线阵元个数变化时,阵元安装精度和阵面平面度对天线电性能的影响规律,为工程设计人员帝定天线结构方案与制造公差提供了重要参考.     

基于阵面变形误差的有源相控阵天线电性能分析

有源相控阵天线（Active Phased Array Antenna,APAA）阵面安装产生随机误差,振动冲击、热功耗等引起阵面变形,二者产生的阵面结构变形误差会导致天线电性能的下降,已成为实现高性能APAA的难点之一。将阵面变形误差作为附加的相位因子引入到天线方向图函数中,建立了平面矩形APAA阵面变形误差与电性能之间的结构-电磁耦合模型,并仿真分析了天线阵元个数变化时,阵面变形误差对天线电性能的影响规律。     

一种天线阵面精度补偿优化方法

大型天线阵面在机械载荷和温度载荷的综合作用下产生的变形,可以导致其电性能波动甚至失效;实际应用中,常采用补偿结构修正该变形以保证其性能。文中给出了一种阵面精度补偿方法:阵面工作前利用调整机构使天线阵面产生预变形,从而使天线阵正常工作时变形引起的增益损失最小化。通过建立天线阵机电热耦合有限元模型,构建优化数学模型计算调整机构最优调整量,并使调整量公差最大化,达到了改善天线阵电性能、减轻加工安装难度、降低制造成本的目的。     

考虑馈源位置误差的面天线机电耦合优化设计

 针对面天线结构设计中存在的机电分离以及忽视馈源位置误差的问题,从机械电磁两场耦合的角度,将反射面天线主面误差和馈源位置误差统一到天线方向图的远场计算公式中,从而可以研究包含馈源支撑结构在内的天线结构参数对主要电性能（包括增益、副瓣、波瓣宽度、指向精度等）的影响。利用该公式建立了包含馈源支撑结构参数的天线整体机电耦合优化模型,通过某8米天线的仿真对比表明了该耦合优化模型的优点,最后将该优化模型应用于某40米大型反射面天线,取得了满意的效果。     

大型相控阵雷达天线阵面结构精度分析及控制

天线阵面结构精度是雷达结构设计中需要控制的关键指标之一。文中首先分析了结构精度对阵列天线极化特性的影响,通过理论公式可以推导出合理的精度指标要求,随后以某大型天线阵面为研究对象,分析了影响阵面结构精度的各个因素,并对各因素进行了误差分配以及控制方案制定。在天线装配中将摄影测量法应用于天线平面度的检测,基于测量结果的调整后平面度可控制在0.4mm内,其安装精度满足平面度指标要求。该方法为同类天线阵面平面度分析及控制提供了有益的参考和借鉴。     

通信天线信道容量机电耦合建模及阵元位置灵敏度分析

以相控阵天线为代表的下一代通信基站天线正在向着高频段、高增益、高密度、高指向精度方向发展,机械结构因素对通信系统信道质量的影响与制约越来越明显、机电耦合问题越来越突出.为有效保证复杂环境下5G/6G通信容量目标的实现,本文针对通信基站相控阵天线的机电热耦合问题,建立了融合阵元位置偏移、姿态偏转及温度分布等因素的基站天线信道容量机电耦合模型,可据此快速评估射频器件发热环境下通信指标退化情况;构建了阵列天线电场强度与信道容量对阵元随机位置误差的灵敏度模型,分析比较了不同工作条件下各阵元随机位置误差对通信指标的影响规律.     

型面周期性误差对环形桁架可展开天线 电性能的影响及其消除方法

环形桁架可展开天线的型面由一系列面片拼合而成,其电性能由这些面片的大小和形状决定.本文针对环形可展开天线型面周期性几何逼近误差导致天线远场方向图存在电平较高的栅瓣的问题,提出了通过破坏误差周期性来消除其对电性能影响的方法.首先,分析了型面几何逼近误差的周期性及其对天线电性能的影响;其次,提出两种消除型面几何逼近误差周期性的方法,一是在径向引入破坏因子,二是改变型面环向轮廓形状;最后,建立优化模型,求出同时满足用户电性能和结构要求的网面分环数和破坏因子.数值仿真表明本文提出的型面优化设计方法既能在保证天线增益的条件下消除栅瓣,又不导致天线结构过于复杂.     

某星载SAR天线阵面的游离设计与验证

星载SAR在轨展开后天线阵面平面度影响其电性能,其中,热变形是影响阵面平面度的一个重要因素。基于某卫星大口径、长时间工作、高精度天线系统的结构设计要求,提出了天线阵面的游离设计,运用数值仿真方法分析游离设计安装时热变形对天线阵面平面度的影响,并进一步采用非接触式双相机摄影测量系统开展热变形试验。结果表明,天线阵面热变形仿真与试验数据的一致性较好,采用游离设计可有效降低天线阵面的热变形,满足卫星天线系统的结构设计要求。     

一种X波段宽带背腔微带天线阵面设计

文章介绍了一种X波段宽带、宽扫、背腔式微带天线阵面。该天线利用背腔式口径耦合馈电的方式使单层微带板贴片单元实现了阵面中小单元间距下天线的宽带性能,并结合探针式天线单元级独立馈电的方法,实现了天线阵面的大角度扫描功能。基于项目需求,设计加工了一套8×8单元天线阵面,测试结果表明:该天线在X波段21%的相对带宽内驻波优于1.8,可在方位向实现±45°的大角度扫描,天线效率达到了80%以上,满足了项目的电性能指标要求。     

机载有源相控阵雷达天线阵面结构设计

以机载有源相控阵天线阵面为例,简要叙述了天线阵面的组成、结构框架、冷却系统模式等结构特点,并对天线阵面的主要结构部件,如阵面框架、有源线阵以及阵面后端功能部件等结构设计做了详细叙述。通过对该天线阵面进行力学仿真计算分析,验证了该天线阵面结构合理,满足机载平台环境使用要求,还根据目前正在研究的雷达技术提出了将来天线阵面结构设计方面的发展方向。     

Structural–electrical coupling optimisation for radiating and scattering performances of active phased array antenna​

It is well known that calculating and reducing of radar cross section (RCS) of the active phased array antenna (APAA) are both difficult and complicated. It remains unresolved to balance the performance of the radiating and scattering when the RCS is reduced. Therefore, this paper develops a structure and scattering array factor coupling model of APAA based on the phase errors of radiated elements generated by structural distortion and installation error of the array. To obtain the optimal radiating and scattering performance, an integrated optimisation model is built to optimise the installation height of all the radiated elements in normal direction of the array, in which the particle swarm optimisation method is adopted and the gain loss and scattering array factor are selected as the fitness function. The simulation indicates that the proposed coupling model and integrated optimisation method can effectively decrease the RCS and that the necessary radiating performance can be simultaneously guaranteed, which demonstrate an important application value in engineering design and structural evaluation of APAA.     

基于机电耦合的有源相控阵天线辐射和散射特性综合优化

针对有源相控阵天线的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)计算复杂、缩减困难,以及RCS与辐射性能难以兼顾问题,基于阵面结构变形与安装引起的辐射单元位置偏移分析,利用辐射单元相位误差,建立了有源相控阵天线阵列散射因子RCS的机电耦合模型.并基于该耦合模型,应用粒子群优化算法,优化阵面所有辐射单元的安装高度,以实现有源相控阵天线辐射性能和散射性能的全优.仿真结果表明,所建立的耦合模型及综合优化方法能够在保证有源相控阵天线辐射性能的条件下,有效缩减其RCS,具有重要的工程应用价值.     

幅相误差对均匀圆阵列系统性能的影响

幅相误差是制约天线阵系统性能的一个重要因素。本文通过建立存在随机幅相误差时的均匀圆阵列模型,分析了此时均匀圆阵列场方向图函数和功率方向图函数的统计特性;围绕方向性系数、旁瓣电平和半功率波瓣宽度三个系统指标,计算了随机幅相误差对均匀圆阵列系统性能的影响;最后在数值分析的基础上进行了计算机仿真和验证。     

互耦效应下端射阵机载雷达STAP方法研究

互耦效应是阵列天线一个固有的重要属性,而端射阵天线由于其特殊的主波束指向以及抑制栅瓣所要求的小阵元间距,其阵列间存在的互耦效应比侧射阵更加严重.本文首先分析了互耦效应对端射阵天线方向图的影响,构建了存在互耦效应下的天线方向图模型;然后给出了考虑互耦效应的杂波模型并分析了互耦对端射阵机载雷达杂波谱以及STAP（Space-Time Adaptive Processing）性能的影响;最后提出了一种基于杂波协方差矩阵重构的互耦效应补偿方法.计算机仿真验证了所提方法的有效性.     

A Beam-Steering and -Switching Antenna Array Using a Coupled Phase-Locked Loop Array

We present the analysis and experimental results of a beam-steering and -switching antenna array using coupled oscillators and phase-locked loops. With the use of a type-II coupled phase-locked loop array and an external reference signal, the antenna array can steer its beam by a single control voltage, reduce the beam-pointing error arising from the phase errors of the oscillator array, and hold its output frequency stably at the reference signal frequency in operation. Using a double-pole double-throw switch and a difference amplifier at the center element of the antenna array, one can switch the array radiation pattern between the sum pattern and the difference pattern. Moreover, the beam-scanning range is extended to plusmn 90deg by properly using frequency prescalers in the phase-locked loops. The radiation characteristics of a three-element antenna array are measured to verify the array performance.     

多波束阵列天线单元互耦效应分析

互耦效应导致阵列天线单元间耦合能量的矢量和随扫描角而变化，在特定频率和方向上可能产生较大的功率反射，并且引起方向图出现虚假波瓣。运用散射参数法对阵列天线单元互耦效应进行理论分析。阐述了其对天线性能的影响，提出了各种指标的实验测试方法。     

Electromechanical coupling modelling of distributed MEMS phase shifter for phased array antennas

MEMS phase shifter has many advantages as the ‘steering wheel’ of phased array antenna beam steering. The deformation of mechanical structures of MEMS phase shifter influenced by the complex environmental factors, which became the biggest obstacle to further enhance the performance of phased array antennas. The electromechanical coupling model between the bridge height and phase shift of the distributed MEMS phase shifter is developed. The coupling model could be used to predict the phase error and determine the bridge height tolerance for the deformed MEMS phase shifter. The simulation results of four-bit distributed MEMS phase shifter with 15 bridges illustrate the validity of coupling model and demonstrate the application potential for engineering design and test.     

基于模型传递的平板裂缝天线复杂模型机电耦合仿真

天线结构受到外力作用会发生变形,直接影响天线的电性能,在电子产品机电耦合分析上,不同物理场间的数据传递是研究的重点和难点,文中提出了一种基于Hypermesh 的不同物理场间的数据传递方法。首先,利用APDL 语言获取并导出天线结构变形网格;然后,利用Hypermesh 重构实体方法,将网格生成实体,同时,通过一个悬臂梁验证了实体重构过程具有较高精度;最后,将重构模型导入电磁仿真软件中进行电性能的分析,该方法通过有限元仿真方法分析复杂天线模型的机电耦合问题,还考虑了各种耦合因素,以平板裂缝天线为例,通过实验验证了文中方法的正确性。