混合天线及基于散射矩阵的波束形成

本文提出一种由横向馈源阵列放置在反射面顶端构成的混合天线系统,采用了并矢格林函数法对系统中阵列馈源面和反射面孔径面处的场进行计算,然后导出散射矩阵,并通过对散射矩阵的计算、分析来研究混合天线系统中的波束形成问题.通过合理的分析与设计,可以使该天线的波束扫描范围达到数百个波束宽度,而所采用的阵列的单元数量较常规阵列天线少得多.从本文给出的实例可以看出,这种天线在±20°扫描角范围内,波束形状基本保持不变,实现了较大角域内的波束扫描.     

具有方向图可重构特性的小型化天线设计

设计了一款具有方向图可切换特性的新型平面圆形可重构天线。该天线制作于介电常数为4.4的 RR-4介质板上,半径为60 mm,在x-o-y 平面上紧凑对称,具有低剖面、低成本、小型化的优点。天线可用阻抗带宽为2.36~2.51 GHz,可以适用于 Wibro,Bluetooth和 WLAN系统。通过改变不同辐射单元与馈电微带的连接关系,天线可在6个方向上实现波束可重构。若结合快速切换开关系统,天线可在x-o-y 平面上完成方向图电扫描。同时,测量和仿真结果具有很好一致性。     

三角格栅排列相控阵天线近场特性研究

为了掌握相控阵天线近场辐射特点,根据波束形成原理,提出了三角格栅相控阵天线辐射近场的数学模型,并进行了仿真验证。计算结果与仿真结果相比,相控阵天线主波束上场强幅度最大偏差约1dB,吻合较好。利用该模型对相控阵天线的电场近场分布特点进行了分析。在近场未形成主波束的区域,波束存在多个波峰和波谷;该区域内法线上场强出现极大值时发射方向在指向各观察点的方向附近徘徊。随着距离增大,波峰和波谷聚拢,波束宽度逐渐收窄;发射方向的徘徊区间慢慢变小,形成主波束后发射方向与实际波束指向一致。所得结论同样适用于矩形格栅相控阵天线。研究结果为相控阵天线的电磁兼容设计、辐射近场测量提供了理论依据和指导。     

一种超宽带,低交叉极化,低剖面的相控阵天线单元设计

针对传统Vivaldi天线非主平面扫描时交叉极化恶化的问题,设计了一种可用于工程实际生产的超宽带天线单元对其进行优化。该天线单元利用沿辐射方向分布的尺寸渐变的金属片替代了传统Vivaldi天线指数渐变的槽线结构,工作频带约为7~16GHz,并显著改善了交叉极化。仿真结果表明,该天线在2.3倍带宽内匹配和辐射性能良好,与传统Vivaldi天线相比在D平面交叉极化优化约25dB,并具有剖面低,结构简单,易于实现等优点,可以作为宽带相控阵单元。     

X波段宽带Vivaldi相控阵天线的设计

为了同时兼顾天线的带宽和尺寸,设计了一副工作在X波段的宽带雷达相控阵天线。由于只考虑雷达一维方向扫描,故采用线性阵列。阵列单元选用开口为指数型的渐变槽线天线,天线单元的尺寸为1.5λ×1.2λmm,阵列单元沿H面排列。仿真结果表明,该天线阵的工作带宽达到20%,增益达到16dB,辐射效率高于90%。分析了天线阵单元间的互耦效应,耦合强度小于-20dB,计算结果与仿真结果具有良好的一致性。     

一种双频段方向图可重构的方形天线的设计

提出了一种新型的双频段方向图可重构方形天线。该天线由贴片-槽-方形环及四个带 U 型槽的类喇叭形寄生单元构成。通过改变 U 型槽结构的深度,天线可分别工作在2.45 GH 和5.25 GHz 两个频点。通过控制贴片-方形环-喇叭形寄生单元之间通断,选择相应的寄生单元,天线可分别在θ=45°和θ=90°平面上实现4个方向的定向辐射。该天线在2.42~2.52 GHz 和5.21~5.32 GHz 两个频段上具有较好的定向性,适用于抗干扰性能要求较高的多频点工作的无线通信系统。     

24 GHz平面宽波束阵列天线设计

为满足车载毫米波雷达系统在盲区探测、防撞预警等应用场景时宽视场角的需求,设计了一款平面宽波束微带阵列天线。采用平面微带天线作为基本辐射单元组成3元阵列,提高天线增益。阵列天线采用背馈式同轴馈电,通过特定的馈电网络,使天线三个阵元的馈电功率之比为05∶1∶05,提高天线增益的同时抑制副瓣电平。并在平面天线的基础上添加寄生单元和开槽结构,进一步拓宽了天线的波束宽度,改善了天线的阻抗匹配性能。天线使用三维电磁仿真软件HFSS仿真验证,仿真结果表明该天线可工作于224～258 GHz,E面和H面3 dB波束宽度分别为49°和81°,天线最大增益为94 dB,第1副瓣电平小于-20 dB。天线整体尺寸为175 mm×119 mm×1308 mm,便于平面化应用和设备的小型化,有一定参考应用价值。     

基于分级延迟的宽带相控阵天线研究

由于色散效应和孔径渡越效应的存在,传统相控阵天线本质上是一种窄带系统。为了解决这一问题,实时延迟在相控阵天线设计中得到了广泛的应用。提出了一种分级延迟的方案来改善天线阵列的瞬时宽带性能。首先简要介绍了分级延迟方案扩展带宽的原理,然后通过仿真设计对子阵级延迟和分级延迟方案下天线宽带性能进行了讨论和对比分析,最后通过试验测试天线的典型宽带性能,对偏离中心频率1.5 GHz,方位/俯仰扫描60°的波位,采用分级延迟方案后和子阵级延迟相比,实测指向误差由1.24°/1.63°降低至0.47°/0.24°,证明该分级延迟方案极大地提升了天线的瞬时带宽,并具有良好的工程实现性。     

一种新型端射天线单元的研究

设计了一种新型的端射天线单元。采用独特的串馈单极子形式，具有较好的带宽性能，基板采用液晶材料，使其基板的介电常数可控。通过改变单元的工作频率及基板的介电常数，使得天线单元具有水平相扫的能力。采用上下双层对称结构来抑制由于地板引起的波束上翘。通过对端射天线单元的建模仿真，验证其可行性。这样，串馈形式的天线易于实现天线的小型化、轻薄化。具有很好的共形的能力，适用于机载等高速运动的平台。     

相控阵MIMO雷达最佳子阵数目估算方法

为确定相控阵 MIMO 雷达发射阵列采用满重叠划分方式时副瓣性能最佳的子阵数目,对其波束形成进行研究,将收发波束方向图表示为波形分集方向图、单个子阵的发射波束方向图和接收波束方向图乘积的形式,通过设计三个方向图副瓣、零点位置,提出了一种最佳子阵数目的估算方法。仿真结果表明,当子阵数目与发射、接收阵列总阵元数目满足文中所给关系时,相控阵 MIMO 雷达副瓣性能最优。     

基于SIW的宽角度波束扫描CPW-CTS天线阵设计

本文基于基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)提出了一种具有宽扫描角度的连续横向枝节(continuous transverse stub,CTS)频扫天线阵.沿纵向周期排列在共面波导馈线(coplanar waveguide,CPW)上的SIW结构CTS阵列向空间辐射电磁波.提出一种新型宽带CPW慢波结构作为天线阵的馈线,用以增大相邻天线单元之间的相位差,在8.6～13.7 GHz频带内,相位变化范围在89.3°～-83.3°,从而使天线阵主波束随频率实现大范围扫描.为了减少天线阵的后向辐射,在其背面1/4波长处加反射板.设计了一个4元SIW结构CPW CTS天线阵,利用全波仿真软件HFSS进行了分析.结果表明,在8.6～14 GHz频带内天线阵反射系数小于-10 dB,随频率增大实现E面-40°～56°的扫描,在各方向上的最大增益在9.8～12.3 dBi.     

A compact quadruple crossed-dipole microstrip antenna designed for dual frequency and beam scanning operation

A synthesis of a compact crossed-dipole microstrip antenna is introduced. An attempt is made to include most of the operating characteristics required in modern communication systems. The antenna is composed of four crossed dipoles, forming a 2×2 element planar array that radiates an elliptically polarized field, operates in the ranges from 1.8 GHz to 1.9 GHz (DCS) and from 2.5 GHz to 2.8 GHz (UMTS) and has a satisfactory power gain. The feeding of interconnected dipoles is obtained using folded microstrip lines that minimize the size of the structure and also the parasitic radiation. The overall array has eight probe-fed ports. Their suitable phase excitation can drive the antenna to produce patterns with a maximum value in the desired directions.     

Ferroelectric lens phased array antenna: An update

Abstract

The ferroelectric lens is a new type of phased array antenna. It uniquely incorporates bulk phase shifting using bulk ferroelectric ceramics to reduce the cost of the phased array. This paper presents the latest X band (8-12 GHz) results with improved ferroelectrics; the loss due to these ferroelectrics is less than 2 dB for obtaining 360° differential phase shift at 10 GHz. The antenna pattern of an interferometer built with ferroelectrics and demonstrating electronic scanning at 10 GHz is presented. A brief review of the ferroelectric lens concept is also included.     

相控阵天线故障诊断方法研究

随着相控阵天线阵列数目的增加和机载雷达尺寸的增大,故障单元快速诊断的需求日益迫切。本文基于相控阵天线故障诊断的原理,研究了一种相控阵天线故障信号的预处理和诊断方法。首先用矩量法构建了仿真环境;其次利用小波模极大值的方法对信号进行了降噪处理,并提取了时域统计特征和小波能量特征;最后运用层次 SVM诊断方法进行分类,获得更高的准确率。实验表明,在信噪比不同的情况下,分类正确率呈现稳步提高的趋势。理论上证明该方法能够有效诊断相控阵阵元故障。     

TSA线性阵列的脉冲辐射特性分析

传统的超宽带天线概念是在频域下定义的,有些不能作为时域脉冲天线使用。首先介绍了TSA天线的工作原理,及其线性阵列的脉冲辐射特性,在时域上用逼近法对TSA天线脉冲辐射场进行了分析。在此基础上,分析了阵单元等间距和非等间距放置对线性阵列方向图的影响,并研究了在脉冲触发延迟时线性阵列的辐射特性。实验结果表明,当阵列的电尺寸一定时,阵单元非等间距放置不仅得到很好的方向图,而且旁瓣也得到了抑制;通过控制阵单元脉冲触发延迟时间,可以实现对天线阵列进行电子扫描。     

Design of beam forming network for time‐modulated linear array with artificial bees colony algorithm

A novel technique of beam shaping and beam steering at the central frequency using uniformly excited time‐modulated linear array is proposed. Unlike conventional time‐switched antenna array, the technique utilises a common complex time exponential signal with unit amplitude at the switching frequency, while each element is controlled by radio frequency switches with unique switching intervals that results on a relative amplitude weight and phase difference between the elements at the central frequency without phase shifters. Artificial bees colony based approach is applied to approximate the switching intervals that produce the desired pattern at the fundamental frequency and suppress the sideband radiation losses. The paper presents an analytical evaluation of the power radiated by the array at the central frequency and power wasted at the sidebands and thereby calculates the dynamic efficiency of the proposed array considering a mutual coupling effect. Representative examples are shown and simulated using commercial electromagnetic simulation software to justify the applicability of the derived expression. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种高功率微波有源相控阵天线单元设计

根据工程需要,本文提出了一种新型高功率微波有源相控阵天线单元,通过改造同轴波导变换器结构提升了功率容量和驻波特性,在同轴探针与阶梯波导之间引入方形金属块实现阻抗匹配,在波导末端添加过渡腔和匹配槽结构,并在喇叭段加入了单脊结构改变了波导阻抗,单脊伸出口径面降低了反射系数,进一步提升了功率容量。在X波段内VSWR小于2,带宽提升为1.25GHz,功率容量为33.24kW,比常规同轴波导变换器下喇叭天线功率容量提升了230％,7×7相控阵阵面可以实现1.62MW的发射功率,具备高功率微波发射能力。阵列可实现±30°圆锥扫描,满足高功率宽角度扫描的需求。     

可扩充阵列模块自动测试系统的研制

固态有源相控阵雷达阵列天线是由多个可扩充阵列模块组成,由于模块中天线单元之间存在阵列误差、各单元幅相不一致和互耦效应的影响,需要准确测量各单元幅相值,通过校准实现天线超低副瓣性能。针对基于T/R组件的有源可扩充阵列天线系统的特性,研制自动测试系统,采用了网口控制技术、天线开放场校准技术,解决了可扩充阵列模块多通道、多参数精确测试难题,实现了最大副瓣电平为-40dB的超低副瓣天线,提高了雷达抗干扰能力和小目标检测能力。     

高隔离度双极化微带天线阵的设计

本文介绍了一种新型高隔离度2×2双极化微带天线阵的设计。该天线阵列采用多层贴片,H型缝隙耦合结构,馈网设计中应用错位倒相技术,获得了较高的性能。利用微波仿真软件HFSS进行仿真,结果表明天线2个端口的驻波比小于2的相对带宽均达到12.5%;在工作频带内其双端口隔离度S21高于48dB;并且2个极化端口在其对应主平面方向的交叉极化电平均低于-38dB。此天线可作为新一代多极化SAR系统天线的子阵。