Using continuous aperture illuminations discretely

An iterative procedure is described for fitting a continuous aperture illumination function to a small discrete element array such that the far-field antenna pattern has prescribed sidelobe behavior. Control of successive sidelobe levels in the array factor pattern is used to minimize an error expression comprised of the sum of the squares of the differences between calculated and specified levels for a selected number of sidelobes. The coefficients of a finite series defining the continuous aperture illumination are the variables employed in a Newton-Raphson solution. A sum beam aperture excitation for meeting the 20/30 dB sidelobe requirements of the 1973 OTP manual is derived for a small array and shown to be a useful approximation for a larger array situations. The procedure has been extended to difference beam illumination functions. Extensions to other aperture illuminations are indicated.     

低副瓣任意波束直接合成算法研究

在传统阵列天线波束赋形设计中，通过对阵元天线辐射方向图进行幅度相位加权，获得阵列合成方向图.通常阵元激励幅度相位权值的获取，取决于优化算法对目标方向图和阵列合成方向图的对比，通过对阵元激励幅度相位进行大量随机选参后，获得优化结果.由于算法通常是基于相关的阵元方向图，且算法中缺乏副瓣抑制机制，使得方向图合成效率不高且副瓣效果通常不理想.该文设计了一种任意波束直接合成算法.该方法首先在阵元方向图的基础上获得一组互相独立的高增益窄波束（自由基波束），然后基于此波束进行方向图的直接合成，使波束赋形问题统一到基于自由基波束权值运算的范畴内，对波束赋形问题进行了统一，避免了未知参量的随机优选过程，极大提升了阵列天线波束赋形设计的效率.同时在自由基设计的过程中结合了副瓣抑制机制，且这种副瓣抑制机制与波束赋形过程互相独立，使合成波束的副瓣天然地具备了低副瓣的特征.     

共享孔径同心圆阵稀疏交错优化布阵方法

同心圆阵列天线具有波束对称、360°方位角扫描、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于星载、机载、舰载雷达及飞机声呐等领域。在天线孔径有限的情况下，如何进一步提高同心圆阵的孔径利用率，通过孔径的空分复用，设计出子阵稀疏交错分布的多功能同心圆阵列天线，具有较大的研究价值。利用均匀同心圆阵列天线激励与方向图函数存在二维傅里叶-贝塞尔变换关系，基于二维三次插值和密度加权，提出了一种同心圆阵稀疏交错优化布阵的方法。该方法通过对均匀同心圆阵列天线方向图采样值的频谱能量进行分析，采用三次插值的方法，实现了同心圆天线阵列方向图函数到同心圆阵元激励能量的映射转换；基于密度加权的原理，对排序后归一化阵元激励的奇偶交错选取，使得稀疏交错子阵方向图频谱能量均分匹配，实现了同心圆阵的稀疏交错优化布阵设计。仿真结果表明，该方法得到的交错子阵天线具有峰值旁瓣电平低、主瓣宽度窄且方向图性能近似程度高的优点，有效解决了同心圆阵列天线稀疏交错优化布阵的设计难题，实现了两子阵交错的共享孔径多功能同心圆阵列天线设计。     

多约束条件下的阵列天线方向图可重构设计

介绍了一种多个约束条件下的阵列天线方向图可重构设计方法。在阵列激励功率种类与仅相位加权等条件的限制下,优化后的阵列天线多种方向图均满足了预设目标。首先,建立了多目标优化求解模型;然后,针对不同的问题采用了不同的优化方法进行求解。优化后的阵列采用了三种不同的功率组件,并在同一功率激励情况下采用不同的相位分布分别实现了低副瓣笔形波束、45°余割平方与22°扇形方向图的可重构设计,而且优化后的总输入功率较相同副瓣电平下的泰勒加权的总功率增加了约13%。     

The orthogonal method for the geometry synthesis of a linearantenna array

The orthogonal method for geometry synthesis of a linear antenna array is presented. We start from an initial array, and we perturb the element positions by using an iterative procedure and applying the orthogonal method. Applications for arrays with uniform excitation give patterns with the desired sidelobe level     

一维液晶全息编码相控阵天线设计与实现

针对小型极化相控阵雷达精确信号目标探测应用背景,为降低传统T/R相控阵天馈系统设计及调试复杂度,满足低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等应用需求,提出了一种液晶全息编码相控阵天线.主体采用小型化全息辐射单元、慢波结构、平行板波导馈电系统构成的一维全息电控扫描相控阵天线,利用成熟液晶面板制造工艺,通过控制全息辐射单元下方液晶分子的偏转状态调节天线谐振频点,组成全息编码相控阵天线.天线结构通过仿真优化确定,并在实物加工和测量基础上通过全息优化算法及电压灰度控制降低由耦合作用引入的副瓣性能恶化度,用梯度递减的搜索算法结合适当的目标函数优化算法实现方向图的最优控制.实测结果表明,该天线的波束扫描角度达到±49°,经过算法优化后,波束指向角准确度改善3°,旁瓣抑制电平改善1.7 dB.     

空间扫描柱面轴向偶极子阵的低副瓣控制

本文利用约束非线性最优化方法，研究空间扫描柱面轴向偶极子阵的低副瓣综合问题。     

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.     

随机误差对数字波束形成系统性能的影响

文中针对数字波束形成系统,推导出阵列天线的通道幅相误差和阵元位置误差对波束方向图的第一副瓣、零陷深度及半功率波束宽度影响的一般规律。并且对数学公式进行了详细的推导。分析与仿真结果表明：随机误差对波束方向图性能的影响主要与天线阵列的权系数和阵元数目有关。     

Pattern synthesis in small phased arrays using adaptive arraytheory

A pattern synthesis technique for low sidelobe difference and scanned beams in small phased arrays is presented. The approach is based on adaptive array theory and is a development of a technique used for beam synthesis in an ideal, λ/2 spaced, isotropic array. The method has been applied to measured element pattern data from a five element linear array, which includes the effects of pattern corruption by mutual coupling. The successful synthesis of low sidelobe sum and difference beams are demonstrated, with the look direction on and scanned off boresight     

平板裂缝天线子阵形变后的方向图分析

子阵方向图对平板裂缝天线的工作性能有着重要的影响。本文给出了常用的子阵设计方法,并针对可能出现的形变,提出了从单元位移和幅相的变化来分析子阵形变后的方向图的方法,分析结果表明:位移主要对主瓣宽度的影响较大,而幅相的变化主要对副瓣的影响较大。文中讨论、分析了子阵在不同形变情况下的方向图主瓣宽度、副瓣电平等性能,并给出了相应的理论结果和仿真结果。     

Constrained optimization of the performance indices of arbitrary array antennas

The solution to the optimization of performance indices of array antennas such as directive gain, efficiency index, and signal-to-noise ratio, do not provide information regarding the sidelobe region of the radiation pattern. It is shown that, with proper constraints on the sidelobes, a given performance index can be optimized to give a radiation pattern with desired sidelobe levels. As most of the performance indices of an array antenna can be expressed as a ratio of two Hermitian quadratic forms, an eigenvalue method is used for the constrained optimization. This method gives explicit expressions for the excitation vector and constrained values of the performance indices. An iterative technique is used to ensure that the specified field values occur at the sidelobe peak positions. The element excitations obtained by this technique for maximum gain and uniform sidelobe level are similar to these obtained by the Dolph-Chebyshev technique.     

数字阵雷达天线波瓣图测试方法与试验验证

针对固定式相控阵雷达在中场法或远场法中不能实时得到天线波瓣图的问题,提出了采用扫描波瓣图替代天线波瓣图进行天线测试的方法。从理论上分别推导了和波束与差波束扫描波瓣图和天线波瓣图的解析式,研究了单元波瓣图对扫描波瓣图和天线波瓣图的影响,指出了在单元波瓣主瓣范围内扫描波瓣图和天线波瓣图近似等价。仿真和试验结果 均表明:扫描波瓣图和天线波瓣图在各项性能指标上都是等价的,可用于指导雷达总体依据扫描波瓣图对天线进行验收。     

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。     

一种串馈的非规则天线阵

均匀规则阵列天线的副瓣电平较差,且波束宽度较宽,不太适合于一维高精度相控阵雷达系统.针对这些要求,提出了一种基于串联馈电网络结构的非规则天线阵列.该阵列采用串馈方式,结合带空腔的微波多层板技术,通过带状线缝隙耦合方式,避免了背向辐射,同时获得宽带特性.该阵列采用遗传算法对阵列进行优化,获得低于-18 dB的理论副瓣电平,同时相比均匀规则阵而言,波束宽度仅有0.2°的拓宽.对于20°的波束宽度而言,该波束宽度扩宽量可以忽略不计.该阵列的实测2:1驻波带宽为19.8%,方向图带宽为12.2%,在方向图带宽内,阵列的实测副瓣电平低于-16 dB,阵列的带内测试增益高于11.7 dBi,实测结果和理论设计相吻合,表明该天线阵列适用于一维相控阵天线.     

Application of retrodirective beams to achieve low sidelobe levelsin small phased arrays

Synthesis of beams with low sidelobe levels is a difficult problem for the case of small phased arrays with few elements. Mutual coupling between elements means that conventional weighting algorithms are not applicable. A technique is presented that calculates a complex weight vector for a five element linear array, giving a reduced sidelobe beam pattern. Sidelobes are reduced by the addition of retrodirective beams to the quiescent beam pattern. No knowledge of the coupling coefficients or element radiation patterns is required     

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。     

一种简单的低旁瓣控制波束形成算法

针对传统旁瓣控制算法局限于线性、阵元均匀分布以及各阵元完全同性的缺点,提出了适用于任意几何形状和阵元指向性的基阵的低旁瓣控制波束形成算法。该算法是在基于一组线性最小方差问题解的基础之上,通过迭代的方式不断更新权系数,用更新后的权系数调整旁瓣高度,以此达到期望的旁瓣级,并且在调整的过程中旁瓣的相位不发生改变。结合均匀线阵和均匀圆阵所作的计算机仿真验证了这种方法的正确性和有效性。     

基于GEMS对Ku波段螺旋阵列天线的设计优化

详细阐述平面螺旋天线阵列,利用其具有效率高、旁瓣低和受环境等影响小等优点改善其整体性能。选择小螺旋作为Ku波段的螺旋阵列天线的辐射阵元,利用基于FDTD算法的GEMS软件仿真,调节螺旋参数满足天线设计指标,借助仿真结果确定天线阵列的几何参数,并对其进行测试。通过调试得到优化的结果,基于仿真结果与实测结果进行分析加工和重设计,以组成更大的天线阵列,满足实际需要。     

Linear program synthesis for direct broadcast satellite phasedarrays

Synthesis based on sampling functions in fixed positions was used to optimize the radiation pattern of antenna phased arrays for direct broadcast satellite applications. The synthesis procedure described obtains the antenna excitations required to create a shaped sector beam which uniformly illuminates a desired region and minimizes the maximum sidelobe level. The method begins with the composing functions from Woodward-Lawson synthesis. By fixing the position of these functions, a simplex formulation can be used rather than iterative methods. The simplex formulation is more computer-efficient because the algorithm is guaranteed to converge. Examples of synthesis using this procedure are given