X 波段宽带宽角扫描相控阵天线的设计

设计了一种X波段宽带宽角扫描相控阵雷达系统的小型阵列天线,该天线采用Vivaldi 天线做为阵列单元。在考虑阵列单元间的互耦效应下,仿真设计了9*9 小型阵列天线,使该阵列天线在相对带宽达40%下的有源驻波系数小于2,其有源单元方向图E面、H面的波瓣宽度分别达到120度、110度以上。对9*9天线阵的实物进行了加工与测试,测试结果说明了该阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性。因该天线结构简单,重量轻,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。     

L 频段星载相控阵天线设计与实现

文中设计并实现了一种应用于低轨互联网星地通信的L 频段星载相控阵天线。该天线阵列由4×4 的方形正交对称振子阵元构成,阵面尺寸为340 mm×340 mm,其中15 个阵元组成接收单元,1 个阵元作为发射单元 置于整阵的一角。由电磁仿真结果可知,在1. 60~1. 75 GHz 频带内,接收天线单元有VSWR<1. 5、轴比小于2 dB 的 圆极化辐射性能;在120°扫描范围内,增益在12. 7~16. 4 dB 范围。在微波暗室对无源天线阵列和射频接收前端集 成的有源相控阵单元进行了校准与测试,结果表明接收相控阵实现了正确的波束指向且具有±60°的大角度扫描特 性,有源增益可达83 dB。     

无人机载Ku波段有源相控阵天线

设计了一种无人机载雷达的Ku波段有源相控阵天线,分析了有源相控阵天线的系统组成、模块布局和设计思路,实现了高集成、低剖面的有源相控阵天线设计,并可同时实现SAR和GMTI功能。设计了32行线源的宽边纵缝驻波阵形式的波导裂缝阵列天线,通过加脊和分区馈电法扩展了天线的工作带宽。采用FFT反演算法在微波近场暗室中对有源相控阵天线进行了校正补偿。实测结果表明该有源天线可以实现两维-20dB的低副瓣电平,并可在俯仰向实现±60°的相控阵扫描,实测方向图与仿真结果相吻合。本天线具有宽带宽角扫描、低副瓣、低剖面、结构紧凑等优点。     

基于互耦效应的相控阵天线有源反射系数研究

建立逼真高效的互耦效应分析模型对相控阵天线设计至关重要。阵列天线的互耦效应通常可以用有源反射系数显性化表征,分别采用无限阵仿真与散射(耦合)系数综合实验相结合的方法提取了阵列天线的有源反射系数。首先基于无限阵方法设计相控阵渐变开槽天线,优化并获取无限阵列环境下的中心单元有源反射系数,再依据设计结果研制169单元阵列天线,通过实验测试提取中心单元与其它各激励单元的散射系数的幅值与相位变化,最后采用散射(耦合)系数法综合出有限大阵列的有源反射系数。无限阵仿真结果与有限阵实测结果在扫描盲点出现角度、频段、有源驻波整体趋势等方面吻合良好,从而验证了无限阵设计方法在天线工程设计中的实际效果。     

新型Ka频段宽角扫描圆极化相控阵天线

提出了一种新型的Ka频段圆极化相控阵天线。天线单元以单馈电开槽贴片天线为基础实现圆极化,通过微带贴片表面加载介质和辅助辐射器,展宽了天线波束宽度并优化了单元轴比。以该天线为阵列单元,采用顺序旋转布阵技术优化得到的2×2子阵,其辐射方向图具有良好的旋转对称性,由该子阵扩展形成的相控阵天线,有效地实现了圆极化宽角扫描特性。以8×8矩形阵列为例,仿真分析了此类二维相控阵天线波束扫描过程中的方向图和极化特性。研究结果表明,天线在工作频段内可实现方位360°、俯仰±60°扫描,扫描范围内天线增益波动和轴比均小于3 dB,同时该天线具有低剖面（高度尺寸为0.08λ0,λ0为空气介质波长）、结构简单、易于加工和集成等特点,非常适合小型化或一体化相控阵天线系统应用。     

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.     

一种全空域覆盖卫星通信多面相控阵天线

设计了一种可以覆盖全空域的卫星通信相控阵天线,采用七面阵圈成台体的形武,每一面阵上设置四单元的相拉阵天线阵列,其波束分别覆盖空域中不同的部分,其中顶部的面阵形成的波束覆盖上半空间的部分区域,侧面的六个面阵产生的波束分别覆盖低仰角空域。在系统内部采用开关切换的形武,对不同面阵的工作状态进行控制。在每一面阵申,由四单元组成的相控阵可进行波柬扫描,以扩大波束覆盖范围。系统内部的传感系统和有源功率控制设备实现天线对卫星的自跟踪功能。该典型设备可以用于各种移动载体上。     

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。     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

排列间距对均匀阵列宽角扫描性能的影响

研究并验证了阵元间距对均匀阵列宽角扫描性能的影响。首先分析并讨论了均匀线阵和面阵阵因 子在宽角扫描区域内的变化规律,研究表明:对于均匀线阵,阵因子对宽角扫描体现“过有利”特性,此时选取宽波束 有源单元方向图单元组阵,便能完成宽角扫描;对于均匀面阵,阵因子对宽角扫描体现“欠有利”特性,此时,阵元间 距的选取对面阵宽角扫描至关重要。据此,提出一款新型磁流元天线验证上述结论,该磁流元天线在xoz 面具有 138°的波束宽度,所组成的16 元线阵和64 元平面阵分别实现了75°和65°的扫描。文中的研究结果可为宽角扫描 相控阵提供理论指导和设计便利。     

Beam-Steerable Ultra-Wide-Band Miniaturized Elliptical Phased Array Antenna Using Inverted-L-Shaped Modified Inset Feed and Defected Ground Structure for 5G Smartphones Millimeter-Wave Applications

Multi Input Multi Output (MIMO) and phased array systems are considered a key technologies to realize the 5G communication systems. Therefore, the purpose of this research is the suggestion of a novel mm-wave Ultrawide Band (UWB) antenna design with compact and straightforward layout suitable for both MIMO and phased array systems. Hence, the designed antenna array has been studied separately as a MIMO antenna and as a phased array antenna to carefully assess the performance of each system. The single antenna design is an elliptical patch antenna where the design novelty lies in the combination of a modified inset-feed and defected ground structure to provide a large bandwidth without any compromise in the radiation performance, nor in antenna size and design simplicity. The Design process are performed using CST MWS software, where the Rogers RT/Duroid 5880 substrate is chosen to construct the antenna. A broadband characteristic of 8.7 GHz from 26 to 34.7 GHz with two resonant frequencies at 28 GHz and 33 GHz is obtained. A good radiation properties are achieved, where the gain is greater than 4.5 dB while the radiation efficiency exceeds 97% over the operating band. The MIMO and phased array antennas are made up of 12-elements of the single UWB-antenna arranged linearly along the width-edge of the smartphone mainboard. The MIMO antenna proves a high diversity performance in terms of Diversity Gain (DG), Envelope Correlation Coefficient (ECC), Total Active Reflection Coefficient (TARC), Channel Capacity Loss (CCL) and Mean Effective Gain (MEG), owing to the low mutual coupling less than ??20 dB, which is obtained using a separating slits between the elements. In addition, the suggested phased array provides a highly stable gain up to 15 dB over the entire bandwidth at broadside direction, besides the wide scanning range of?±?60° at 28 GHz and?±?40° at 33 GHz. Hence, the attained results assure that the suggested antenna could be appropriate for incorporation in 5G smartphones and other wireless devices and can be effectively used for both phased array and MIMO applications.

     

加载调流电感的超宽带紧耦合阵列天线

基于阵列天线依靠阵元间电磁耦合拓展带宽的理论,提出阵元调流电感加载技术,设计一种新型超宽带相控阵天线。相比于一般紧耦合阵列天线,将工作带宽从5 倍频程提高至8. 8 倍频程。通过对天线进行加工与测试,验证其具备良好的波束特性和较高的辐射效率。其结果是该阵列天线可广泛应用于具备侦察、干扰、探测、通信等多功能电子系统。     

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.     

一种可用于相控阵的双点馈多层圆极化微带天线

设计出了一种双背馈空气夹层微带圆极化天线单元,该天线单元具有13％的阻抗带宽,最大辐射方向上轴比2．5dB。用该天线单元以顺序旋转的方式组成四元阵,再用八个该天线单元和两组一分八功分器组成八单元阵列,研究了该阵列天线圆极化波束分别指向天线阵法向和偏转30°时的辐射特性和极化特性。该天线单元组阵圆极化轴比特性好,易于实现波束扫描,适合用于有源相控阵系统。     

双圆极化共形相控阵天线研究

设计了一种基于十字缝隙耦合双圆极化微带共形相控阵天线。首先设计了微带天线单元,分析了天线各结构参数对天线性能的影响。通过电桥向偏馈于十字缝隙上的馈线馈电,实现等幅、相差90°馈电,电桥的两个端口分别获得旋向相反的圆极化信号。然后对天线单元进行了测量,结果表明天线轴比小于3dB 的带宽为16%,驻波小于1.5 的带宽 为17%,波束宽度大于87°。最后对5×5 共形相控阵天线进行了仿真与测量,结果显示天线可以扫描60°,适合用作载体共形的卫星通信天线。     

一种应用于相控阵的圆极化宽带宽角天线

针对目前圆极化相控阵天线带宽不足、扫描角度不够大等问题,设计了一种圆极化正交四叶草天线,并 做试验研究了该天线在相控阵系统中的应用情况。该天线图案涂覆在印制板正、反两面,采用同轴电缆进行馈电,结构 简单易于实现,在阵列中通过单元间隔离柱实现了大角度扫描匹配以及宽带轴比特性。文中给出了该圆极化天线的仿 真设计结果、天线阵列样机实测结果及应用举例。根据仿真及实测结果的互相验证,可以看出该圆极化天线在空域内 扫描驻波良好,具有超过35%的阻抗带宽及轴比带宽,同时该天线结构简单、重量轻,适用于模块化相控阵雷达系统。     

5G毫米波有源阵列封装天线技术研究

提出了一种5G毫米波有源阵列封装天线.该阵列由8×16个微带天线单元组成,通过耦合式差分馈电,天线实现了宽带匹配和方向图高度对称特性.通过对天线与芯片进行合理布局,减小了芯片射频端口到天线子阵的馈电线损,提高了有源阵列天线的整体效率.测试结果表明,该阵列天线在工作频段为24.25～27.5 GHz的等效全向辐射功率(E...     

宽波束±45°双线极化偶极子天线阵列设计

针对宽波束天线在移动通信中的应用,实现偶极子阵列天线的宽角域扫描覆盖,设计了一款宽波束天线单元以及1×16相控线阵。采用正交对称振子结构实现±45°方向辐射,振子采用椭圆环结构实现了宽阻抗带宽和宽波束,通过加载梯形结构降低了频段和实现小型化。实测结果表明,天线单元在6.425～7.125 GHz的频带内电压驻波比小于1.3,具有38.8%的相对阻抗带宽,在工作频带内其端口隔离度优于28 dB,3 dB波束宽度在频带内均大于126°,能够很好满足现阶段对阵列天线小型化、宽频带以及宽角域扫描的要求,在移动基站等领域有广阔的应用前景。