基于相控阵的全空域多目标测控天线分析

基于抛物面天线的测控系统,已经不能满足全空域内同时多目标测控的需求。针对单站全空域多目标测控中存在的问题,提出了基于球面相控阵的全空域多目标测控天线体制。比较了全空域多目标相控阵测控天线形式,在研究球面相控阵天线原理的基础上,对辐射单元及子阵布局进行了分析与设计,对波束合成后的天线方向图进行了仿真。结果表明:基于球面相控阵的全空域多目标测控天线能够有效解决未来全空域多目标同时测控的需求。     

全空域多目标测控天线零点约束方向图综合方法

针对全空域多目标测控天线相互干扰的问题,提出了一种基于零点约束的全空域多目标测控天线方向图综合方法.该方法对多个干扰目标方向进行零点约束,求取逼近给定方向图的最优权矢量的闭合解,生成具有干扰抑制能力的优化波束方向图.仿真结果表明,所提方向图综合方法在维持原有给定方向图特性的前提下,可在多个方向形成有效零点.在等效2m口径全空域多目标测控实物天线对该方法开展试验验证,结果表明在干扰方向抑制能力大于60 dB,证明了方法的正确性.     

测控通信系统球面相控阵的全空域覆盖波位设计

针对现有测控通信系统球面相控阵的波位设计方法难以满足大空域或全空域条件下的高效波位编排问题,从波束覆盖模型入手,研究了波束以及相邻波位在空域覆盖上的若干几何性质,并以此为基础提出了一种用于球面相控阵的波位设计方法。该方法以天顶方向为起始,自顶向下分圈实现设计,利用波位覆盖的几何性质以及最大化波束利用率准则计算各圈次的具体波位,从而实现全空域无缝覆盖条件下的高效波位编排。最后给出仿真示例说明波位设计方法的有效性。     

全空域相控阵测控系统波束形成分析

全空域相控阵测控系统作为下一代地基航天测控系统发展趋势,其系统架构和波束形成等关键技术值得深入研究。介绍了全空域相控阵测控系统实现方案,分析比较了3种备选波束形成方法。在此基础上,对共形球面阵波束形成技术进行了分析与仿真,仿真结果验证了系统波束形成设计思路。     

全空域多目标测控天线波束合成的频响特性

为了控制全空域多目标测控天线波束合成对全空域多目标系统设计的影响，研究了数字波束合成后的信号频响特性。通过分别对天线子阵以及所组成的球面阵进行数学建模，仿真得到相应波束的幅频特性、相频特性与群延迟特性，并分析了其变化原理。分析结果表明，全空域多目标测控天线波束合成频响特性与阵列流形、相控方式和扫描方式有关。研究结论可用于指导全空域多目标测控系统的设计。     

一种Ka频段多波束天线的工程实现

针对近空间飞行器测控的需求,设计了一种Ka频段的宽角覆盖多波束天线。采用方喇叭作为馈源,通过馈源的横向偏焦,实现反射面天线的宽角覆盖;最后,仿真并研制了原理样机,进行了测试。测试结果表明,该多波束天线覆盖了±1.5°以上的空域,且在覆盖区内的增益差小于1.8 dB,实现了对探测空域的宽角高增益覆盖。样机的研制成功为后续的工程优化提供了重要的设计参考。     

全空域球面数字多波束天线波束控制方法研究

为适应全空域导航星座的管理需求,提出了一种全空域球面数字多波束天线系统的方案,在全空域内同时形成多个波束,实现同时多目标测控。针对球面阵列天线波束控制问题,提出了"波束滑动扫描"算法,研究了球面阵波束交叉过渡、功率增强的方法。通过对波束方向图的仿真分析,验证了波束控制方法的可行性和正确性。     

全空域球面相控阵波束形成器的优化设计

针对目前全空域球面相控阵测控系统工程应用中波束数量、信号瞬时带宽等数字波束形成器性能和复杂度难以兼顾的问题,分析了常规波束形成方法在基于半球形结构的S频段大型共形天线阵列工程应用中的局限,给出了一种基于子阵划分的宽带数字波束形成器优化设计方法,通过优化幅相和时延补偿方式,使算法不受子阵尺寸限制,工程实现复杂度较低。系统建模和仿真验证表明该方法可以获得良好的瞬时带宽性能,具有较好的工程应用价值。     

一种全空域电扫球面相控阵单脉冲角跟踪方法

针对目前全空域球面相控阵测控系统在过顶跟踪时存在跟踪性能下降的问题,对角跟踪系统进行建模分析,得出了常规角跟踪系统过顶性能下降原因,提出了一种基于三维直角坐标系表示的方向矢量角跟踪方法。该方法通过优化角跟踪系统架构,设计合适的角跟踪环路滤波器参数,能够避免常规角跟踪方法跟踪变量的非线性转化,从而实现对全空域无盲区稳定跟踪。仿真验证显示该方法在全空域均有很好的跟踪性能,具有较好的工程应用价值。     

全空域电扫共形天线阵设计

探讨了全空域电扫共形天线阵的系统组成,分析了电扫天线阵的设计方式,计算了电扫天线阵的辐射特性。 通过计算表明,该全空域电扫天线阵能有效覆盖方位面00~3600 和俯仰面00~900,可广泛应用于全球宽带电信、导航、 多目标测控、遥感、以及空间监视等领域。     

面向星间链路的机械加电扫相控阵天线指向权值算法

为了实现“北斗”星间链路地面设备使用单相控阵天线与全空域的“北斗”导航卫星建链的目的,设计了一种面向导航卫星的机械加电扫相控阵天线装置。通过对其建立全空域分割模型,提出了基于机械扫描加电波束扫描复合跟踪的天线指向权值动态赋值算法。以某型号星间链路地面设备为基础,通过暗室试验对该装置指向权值赋值后的指向精度进行了测试,结果表明该方法切实可行。     

基于NUFFT方法的二维非周期阵列天线方向图计算

相控阵天线应用在有限电扫描角度时,采用大间距体制以减少有源通道数量,降低天线成本。由于单元间距大于波长,在可视空域内会出现栅瓣,常采用非周期排列方法分散栅瓣能量降低栅瓣电平。文中提出了一种变距平移错位抑制大间距阵列栅瓣的方法,并介绍了基于二维NUFFT计算该非周期排列阵列天线方向图的方法。分析了影响该算法精度的因素,并通过在拟合虚拟阵列幅相值时通过采用局部坐标系有效减小计算量。通过一个由300个单元组成的非周期阵列方向图计算,对二维NUFFT方法以及累加法进行对比。前者的计算时间仅为后者的0. 9% ,验证了算法的高效性。计算结果显示全空域方向图吻合度高,方向性系数误差仅0. 05 dB,最高副瓣误差仅0. 12 dB,验证了算法的准确性。     

三轴天线角度标校方法

三轴天线系统主要用于对低轨卫星的全空域无盲区跟踪。对于斜转台三轴天线系统,已有的方位-俯仰座架的误差模型及标校方法已不适用。依据三轴天线系统的特点,分析研究了三轴天线系统的各项误差,提出了三轴天线系统误差修正的数学模型和标校的具体方法,并结合三轴天线实测数据进行了试验验证。该标校方法已应用于实际工程中,取得了良好的效果。     

Conformal double exponentially tapered slot antenna (DETSA) on LCP for UWB applications

We discuss the use of a double exponentially tapered slot antenna (DETSA) fabricated on flexible liquid crystal polymer (LCP) as a candidate for ultrawideband (UWB) communications systems. The features of the antenna and the effect of the antenna on a transmitted pulse are investigated. Return loss and E and H plane radiation pattern measurements are presented in several frequencies covering the whole ultra wide band. The return loss remains below -10 dB and the shape of the radiation pattern remains fairly constant in the whole UWB range (3.1 to 10.6 GHz). The main lobe characteristic of the radiation pattern remains stable even when the antenna is significantly conformed. The major effect of the conformation is an increase in the cross polarization component amplitude. The system: transmitter DETSA-channel receiver DETSA is measured in frequency domain and shows that the antenna adds very little distortion on a transmitted pulse. The distortion remains small even when both transmitter and receiver antennas are folded, although it increases slightly.     

Mitigation of Antenna Displacement with Array Antenna for Data Transmission in Wireless Power Transfer System

Magnetic resonance wireless power transfer is expected to be one of the prevalent schemes because of its high efficiency and long transmission range. However, in this scheme, there is a problem that the characteristics of a transmission channel changes in according with the distance between coil antennas. This paper investigates the performance of data transmission with an array antenna in a wireless power transfer system. In the assumed system, the same antennas for wireless power transfer are used for data transmission. The assumed system uses multiple transmit antennas and beamforming is realized by shifting the phases of signals in a transmitter. Numerical results obtained through computer simulation show that the proposed scheme can mitigate the dependently of a bit error rate (BER) to the distance between the antenna coils. The variation of the performance is suppressed within 1–3 dB at the BER of \(10^{-5}\) in the case of two transmit antennas. In addition, the system with two transmit antennas achieves 2 dB or more improvement in term of the BER performance than that with a single antenna at specific antenna distances.     

LTCC多层宽带阵列天线设计

应用LTCC技术设计了4×4的宽带阵列天线,通过在多层贴片结构中引入空气腔、匹配过孔以及金属环等结构有效拓展天线的带宽,提高了辐射效率.馈电网络与主贴片间用内层地板分隔,有效地抑制了背向辐射.仿真结果表明,阵列天线在25.2-31.2GHz的频带内回波损耗低于-10dB,相对带宽达21.4%,峰值增益为16.84dB,...     

基于尺寸渐变超表面宽带高增益低剖面天线

设计了一种基于尺寸渐变超表面的宽带高增益低剖面天线,该天线由双层超表面和一层微带缝隙组合而成。双层超表面由分别印刷在2个介质板上的尺寸渐变六边形阵列贴片组成,贴片之间存在非等距间隙。超表面单元尺寸渐变设计能够使天线产生多个邻近的谐振点,从而展宽带宽。通过改变超表面天线尺寸结构,分析天线的宽带辐射特性。为获得最佳宽带性能,采用遗传算法优化天线几何参数。制作并测试了一款边长为43.3 mm,厚度为4.853 mm的样本天线用于验证仿真结果。实测结果显示,该天线-10 dB阻抗带宽达到了54%(3.99～6.93 GHz),最高增益达到12.05 dB,在4～6 GHz范围内增益保持在8 dB以上。该天线实现了宽频带、高增益、低剖面的特点,适用于宽带高速率无线通信的诸多领域。     

Dual‐polarized MIMO antenna system for WiFi and LTE wireless access point applications

In this paper, a dual‐polarized multiple‐input multiple‐output (MIMO) antenna system suitable for indoor wireless access point is proposed. The presented MIMO antenna system consists of two coplanar‐waveguide‐fed monopole antennas with orthogonally polarized modes. According to the closely spaced structure of the MIMO antenna system, the mutual coupling between the ports is a big challenge. Therefore, a new structure of parasitic element is introduced in order to improve the mutual coupling between the ports. For the purpose of validating the simulated results, the antenna prototype has been fabricated and measured; the comparison of the results shows that there is an acceptable agreement between the measurement and simulation results. The proposed design covers the frequency bands of WiFi (2.4 GHz), Worldwide Interoperability for Microwave Access (2.3 and 2.5 GHz), and Long‐Term Evolution (LTE; 1.5 and 2.6 GHz) applications with a reflection coefficient less than −10 dB and a mutual coupling coefficient better than −15 dB. The MIMO antenna system provides an envelope correlation coefficient less than 0.15, polarization diversity gain more than 9.985 dB, and quasi‐omnidirectional pattern within the expected frequency band. In addition, LTE downlink throughput measurements show that the proposed antenna system delivers data rates close to the theoretical maximum for quadrature phase shift keying, 16 quadrature amplitude modulation (QAM), and 64‐QAM modulations. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.