阵列天线不对称副瓣波束赋形研究

在相控阵天线的应用中,有时需要实现左右不同的副瓣电平。本文提供一种设计方法,通过差分进化算法的优 化能迅速方便的得到所需的幅度相位值,对各个扫描角度实现不同副瓣的波束赋形,使天线在左右的副瓣电平分别为-25 dB 和-35dB。并利用天线阵列和组件做了实验,验证了优化结果的正确性。     

基于粒子群算法的天线阵方向图优化

雷达阵列天线常涉及方向图综合,而天线阵综合常常是利用优化算法优化单元幅相及间距等参数的过程。粒子群算法具有理论简单、参数少和易于实现等特点,文中基于这一简单易行的优化算法,给出一种阵列天线赋形波束综合方法。通过优化阵列天线中各单元的馈电幅度和相位同时实现主瓣的赋形和副瓣电平的抑制,或通过仅相位加权实现主瓣波束赋形,得到优良的余割平方赋形。通过实例设计验证了粒子群算法优化天线阵方向图的有效性。     

数字波束方向图综合技术

数字波束形成技术充分利用了阵列天线所检测到的空间信息,可以获得超分辨率和低副瓣的性能、实现波束扫描和波束赋形等。提出一种基于线性约束最小方差波束形成算法的方向图综合算法,算法通过迭代运算,能够获得需要的方向图形状。算法仿真以降低由24个天线单元组成的均匀圆阵的方向图副瓣为例,通过3次迭代运算,将副瓣电平降至-40dB左右,满足了工程需要,说明算法是有效、可行的。     

一种阵列天线快速波束赋形方法

介绍了一种阵列天线快速赋形方法,该方法基于Orchard综合,采用遗传算法对Schelkunoff单位圆零点的位置移动实现波束赋形。波束赋形分为两个步骤:1)根据副瓣电平采用解析法确定初始零点位置;2)以赋形区域内零点径向位移作为自由度,用遗传算法进行赋形区域单目标寻优。相对常见以阵元的幅度相位作为自由度编码的遗传算法赋形,该方法不仅有效避免了副瓣和赋形区的多目标均衡问题,而且算法自由度大幅减少,收敛速度快,能够同时实现较低副瓣电平和赋形区精度要求。通过余割平方赋形和扇形波束两个实例说明该方法的有效性,可以应用于阵列天线快速赋形设计。     

用数字移相器降低相控阵天线的副瓣 第二部分:两位相位加权

在相控阵天线中,应用具有随机相位反转的等幅单元产生有效的锥削幅度分布,以降低副瓣的新颖方法在本文的第一部分中已作了叙述。它是改变某些移相器的第一位数字并使其叠加到控制波束的相移上。如果把一位相位加权的方法加以扩展,使用只有两位的移相器,那么就可以同时控制波束和应用一个有效的锥削幅度分布。这种方法既能降低第一副瓣(通过锥削),又能降低由于使用仅有两位移相器控制波束所引起的寄生副瓣。由于随机过程的方差增大,峰值副瓣电平并没有达到象一位相位加权的副瓣电平。对于128个单元的天线阵,其峰值副瓣电平达到-15.6分贝,而256个单元的天线阵的峰值副瓣电平则达到-17.4分贝。     

一种低副瓣的双反射体柱面天线

针对串联馈电的波导裂缝平面阵天线波束随雷达工作频率改变而指向不恒定问题,提出了一种通过赋形的双反射体实现预先给定的口径场幅度、相位的低旁瓣一维相扫雷达天线的设计。该天线为赋形的卡塞格伦式极化扭转柱形双反射体。由于在赋形面,馈源的相心至口径面电磁波的传播路径处处相等,从而使波束指向恒定。又由于采用了对双反射体的赋形及其他降低副瓣的技术,使天线能够获得低副瓣效果。文中对赋形双反射体的理论计算公式作了简单推导,最后还给出了按照不同的天线波束副瓣电平要求,利用几何光学法得到的赋形主、副反射体的计算结果。     

非规则子阵阵列天线仿真与性能分析

文中设计了一种超宽带Vivaldi天线,并对其组成的16×16阵列按照划分设计的最优子阵方案进行仿真。通过均匀加权与低副瓣加权对天线阵列进行了波束偏转分析,从不同频点和偏转角度对波束扫描进行了分析,并仿真分析了天线的差波束及赋形波束,结果良好;同时对子阵级别的扰动进行了敏感度分析,发现在不同相位干扰下,干扰范围越大相位干扰对主瓣波束影响越大,主瓣增益降低和副瓣电平升高越明显,幅度干扰和幅相干扰也有同样结论。实际非规则子阵阵列天线在应用时,子阵级的相位误差在一定范围内对天线的影响不大,幅度误差对天线的整体影响也不大,即子阵级干扰对非规则子阵阵列天线扫描角度的影响不大,但对主波束的影响随干扰范围的增大而增大。本文的仿真分析可为非规则子阵阵列天线的设计和加工提供参考,丰富和拓展非规则子阵阵列天线设计仿真和性能分析领域,节省实际加工和应用的成本。     

用数字移相器降低相控阵天线的副瓣 第一部分:一位相位加权

本文叙述了一个新颖的降低相控阵天线副瓣的方法。该方法利用随机相位反转的等幅单元产生一个有效的锥削分布。用9个和27个相位反转单元,可以分别获得128个单元的天线阵的峰值副瓣电平为-18.8dB和256个单元的天线阵的峰值副瓣电平为-20.2dB,随之而带来的增益降低在1～2dB之间。应用统计学理论对结果作了解释。     

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.     

基于罗特曼透镜的宽带多波束天线系统

宽带多波束天线系统广泛应用于电子侦察领域。为了实现宽带、宽角扫描,波束形成网络需采用实时延时单元。针对这一需求,介绍了一个由宽带天线阵列、射频前端和罗特曼透镜等组成的宽带多波束天线系统,详细描述了系统的组成及工作原理、单元设计、副瓣电平仿真、校正和测试。测试结果表明,系统能够实现多波束的小角度扫描,减小扫描波束的灵敏度损失;在8~12GHz频率范围、±27°方位覆盖范围内,多波束的峰值副瓣电平达到-20dB。应用结果表明该系统具有较强的空域抗干扰能力。     

阵列方向图综合的一些方法

介绍了几种常用的阵列方向图综合方法。切比雪夫阵列在指定的副瓣电平下主瓣宽度最窄,在指定的主瓣宽度下副瓣电平最低;相位控制技术通过控制阵列各单元的相位实现波束的指向变化;最后介绍了遗传算法并利用遗传算法优化了8元线阵,将其相对副瓣电平抑制到了-50dB。     

A variable-coverage satellite antenna system

A multibeam antenna system and-combiner switch capable of producing a variable-coverage radiation pattern are described. The antenna consists of a waveguide lens illuminated by a 19-element feedhorn array. The combiner switch consists of a corporate arrangement of variable power dividers; the latter is made up of two phase shifters and two conventional hybrid power-dividers. An earth-coverage radiation pattern with less than 2-dB ripple and an antenna gain ≈ 20 dB is obtained by equally exciting all beams of the muItibeam antenna simultaneously. Excitation of a single feedhorn results in a narrow beam with an antenna gain ≈ 30 dB and a near-in sidelobe level less -20 dB. The side|obe level can be reduced appreciably by appropriately exciting the adjacent feedhorns. The frequency bandwidth corresponding to 0.5-dB decrease in antenna gain is 10 percent. A technique for computing the radiation properties of the antenna is described; the agreement with measured data is shown to be excellent.     

SAR Patterns from an Interstitial Microwave Antenna-Array Hyperthermia System

In recent years, a number of groups have been investigating the use of interstitial microwave antenna-array hyperthermia (IMAAH) systems for the treatment of superficial and deep-seated tumors. A critical parameter in any hyperthermia system is the SAR (specific absorption rate) pattern, which gives information about the energy absorption in the tumor and surrounding tissue. In this paper, we compare the theoretical and measured values of the SAR distribution for an array of four 915-MHz antennas implanted on the corners of a 2-cm square array. The overall length of the antennas was assumed to be 7 cm theoretically and was either 6 or 7 cm for the measurements. In general, there was good agreement between the theoretical predictions and the experimental results. In particular, both theory and experiment demonstrated that the maximum SAR occurred in the junction plane of the antenna array and at the center of the square array. Similarly, both showed that the Iongitudinal extent of the heating pattern is about 5 cm for a single antenna, but closer to 3 cm for an array where the Iongitudinal extent is defined by the length in the longitudinal direction where the SAR is greater than 50 percent of the maximum. The experiments showed that the SAR patterns were quite reproducible, and that the use of double stub tuners to minimize the reflected power for each antenna resulted in poorer SAR patterns due to phase variations created by the tuners. However, the use of an attenuator with each antenna to equalize the maximum SAR from each antenna did improve the SAR distributions slightly.     

Control of the SAR Pattern Within an Interstitial Microwave Array through Variation of Antenna Driving Phase

The interstitial microwave antenna-array hyperthermia (IMAAH) system produces a pattern of specific absorption rate (SAR) that is nonuniform within a 2-cm square array driven in phase at 915 MHz. Theory and experiment show that the point of phase coherence (maximum SAR) can be shifted to a point where the SAR is small by changing the antenna driving phases. Rapid shifting makes the time-average SAR more uniform in the direction perpendicular to the antennas. In 95 percent of the antenna junction plane, the time-average SAR is constant within 10 percent.     

低副瓣有源相控阵天馈系统中的一体化设计

该文提出低副瓣有源相控阵天馈系统中的一体化设计方法,从几个主要方面阐述如何进行一体化设计,在248元天线阵上试验,实测波瓣的峰值副瓣电平和差波瓣零深均在-31dB以下,当波瓣扫描至60时,其峰值副瓣电平不高于-26.5dB,表明一体化设计的必要性。     

一种新颖的圆极化波导阵列天线设计

介绍了一种新型的Ku波段赋形圆极化波导缝隙阵列天线设计,采用矩形波导宽边纵向直缝隙耦合馈电四脊方形开口波导实现了波导天线的圆极化工作;采用波导窄边耦合器形式的功分器和配相波导组成的馈电网络,控制各线阵的幅度和相位,利用幅度和相位加权的方法实现了圆极化波导天线的波束赋形工作。基于项目需求设计、加工了一套24×16单元天线阵列,测试结果表明,该天线在3%的频段内轴向轴比优于3.0dB、驻波比优于1.6、赋形波束区域覆盖了-40°~0°的范围,满足了项目的指标要求。     

基于方向图可重构天线的新型宽角度扫描相控阵

提出了一种基于方向图可重构天线单元的新型相控阵,并分别研究了其均匀、非均匀相控阵的扫描特性。通过重构天线单元的工作状态和各单元的激励,其均匀阵可以获得低副瓣电平等较好的辐射性能,其非均匀阵的主波束扫描范围达到±80°,在扫描平面内3dB 主波束覆盖可达176°,且栅瓣电平很低。研究表明了重构天线在相控阵天线研究中 的广阔应用前景。     

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9 GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71 dB,扫描波束的圆极化轴比小于2 dB.     

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.