一种星载通信混合反射面天线的设计方法

为了使星载通信天线产生1个赋形波束覆盖服务区,同时产生1个固定点波束和1个有限扫描点波束,该文提出一种由2个赋形反射面和3个馈源组成的混合反射面天线。该天线是以赋形主反射面共用为基础,等效为2副单馈源单偏置反射面天线和1副双偏置格里高利型赋形反射面天线,分别产生赋形波束、固定点波束和有限扫描点波束。通过对一副口径为1.2 m的天线各个波束进行仿真实验,赋形波束在Ku收、发频段时波束覆盖区边缘(EoC)方向性系数为27.5 dBi,固定点波束在C收、发频段时天线口径效率高于70%,通过将赋形副反射面及对应馈源横向偏焦实现Ka收、发频段的点波束在服务区内外的扫描。仿真结果表明,该混合反射面天线可实现C/Ku/Ka频段的同时通信任务。     

基于极小极大值算法的多波束天线优化设计*

为了以多个性能近似一致的点波束覆盖服务区,提出了一种新型赋形多波束天线设计方法。优化过程中将天线口径投影面内的相位分布和各个馈源的位置作为优化变量,然后以不同位置波束的增益和旁瓣作为目标函数,最后利用极小极大值算法获得高增益低旁瓣多波束覆盖。数值仿真结果表明了优化设计的有效性,解决了传统标准单口径单馈源多波束天线旁瓣电平高、波束交叠增益低的问题。     

基于实数编码遗传算法的多波束天线优化设计

为了在服务区内获得良好的多波束性能,提出了一种新的单口径单馈源多波束天线设计方法。通过采用对反射面进行赋形的方法来解决传统单口径单馈源多波束中交叠增益与旁瓣电平之间的矛盾。在对反射面优化的过程中将反射面的形变量作为优化变量,然后利用实数编码遗传算法对其进行优化从而实现更高的增益和载干比(C/ I)性能。最终利用该算法对一个服务区为某区域的多波束天线进行了优化设计和分析,仿真结果说明了该优化方法的有效性。     

非赋形双偏置高性能椭圆波束天线

分析了非赋形双偏置天线产生椭圆波束的机理,将馈源的椭圆波束照射到轮廓线为椭圆形的付反射面上,通过双偏置天线的对称转换原理,主反射面产生椭圆波束.馈源波束由矩形口径的多模喇叭产生,它提供了等化的方向图.给出了馈源及天线的方向图计算公式.实验结果表明,实测方向图基本与理论计算一致.与其他类型的椭圆波束天线相比,本天线加工简单,同时天线效率也较高.     

赋形反射面多波束天线优化设计与分析

为了以较低的技术难度实现多个点波束对服务区的高增益、低旁瓣覆盖,提出了一种新型的赋形单口径多波束天线设计方法,通过对反射面赋形来解决传统单口径多波束天线旁瓣电平与波束宽度之间的矛盾.在对反射面优化过程中,将天线口径投影面内的相位分布作为优化变量,利用基于实数编码的遗传算法对其进行调整来获得满足要求的多波束覆盖.数值仿真结果表明:在保证增益大于40 dBi、旁瓣电平低于20 dBi的前提下,该设计能够将波束宽度拓宽为1°,可有效地提高了波束交叠增益,降低了旁瓣电平.     

宽角扫描赋形对称单反射面天线的优化设计

为满足宽角扫描的要求,基于几何光学理论对一种对称单反射面天线进行了赋形设计。以扫描口径面上射线路径的方差为目标函数,采用Powell方法极小化该函数,最终确定出了反射面的方程、特定扫描角度下的馈源位置以及馈源对反射面的照射区域,实现了天线扫描工作时的最小增益损失和最高口径利用效率。分析结果表明,所设计的单反射面天线在宽角扫描范围内,方向图无大的畸变,增益损失很小,副瓣电平达到了设计要求。本文赋形方法为宽角扫描双反射面天线的赋形设计奠定了基础。     

毫米波赋形偏馈双反射面天线技术

为了实现一种具有高口面辐射效率、斜波束出射能力的口径天线,采用几何光学方法设计了一种偏馈双反射面天线.天线主反射面采用赋形设计,副反射面的设计过程中采用Snell定理作为约束条件.通过理论公式、数值模拟仿真和实验测试研究,实现了一种出射波束口径为110 cm、天线口面场分布为抛物形分布、波束出射方向与竖直方向成20°夹角的赋形偏馈双反射面天线.在中心频率95 GHz下,实测天线增益为59.7 dB,第一副瓣电平为-19dB,天线口径效率达到78%.     

基于反射阵技术的平面型副反射面设计方法

提出一种基于反射阵技术的平面型副反射面设计方法。根据双反射面天线的焦点变换关系,得到了平面型副反射面的相位补偿规律。采用开口环形单元设计了一种平面型副反射面,将初级馈源±20°的入射波束转化为照射角为±35°的散射波束。仿真对比了散射波束照射天线主面的口径效率。采用所设计的平面型副反射面,天线口径效率达到61.14%,与金属副面64.02%的口径效率相差无几。平面型副反射面采用印制板工艺制作,具有精度高和成本低的技术优势。     

焦面场分析与相控阵馈源设计

该文介绍了焦面场的计算方法及其与反射面焦径比的关系,分析了焦面场与馈源口径场的联系,并建立了基于焦面场分析进行相控阵馈源设计的方法,包括确定单元间距、阵列规模以及实现目标方向图所需要的激励.按照这一方法,分别以未赋形卡塞格伦天线和前馈抛物面天线为对象,设计了各自的相控阵馈源以实现赋形波束的效果,并在后者上验证了波束扫描性能.通过仿真,天线性能实现了预定目标,证明了设计方法的有效性.     

均匀照射赋形反射面天线设计

为提高反射面天线的照射均匀性，利用波束赋形技术设计一款工作在15 GHz的高性能偏置反射面天线.该天线由一个非均匀有理B样条（non-uniform rational B-splines，NURBS）反射面和一个介质棒馈源组成，NURBS反射面通过物理光学法结合Nelder-Mead优化算法来赋形，从而获得理想的天线辐射场.仿真结果表明，赋形后的反射面天线相对旁瓣电平低于-20 dB，增益在-2.7°~2.7°的波束范围内超过20 dBi，且浮动不超过1 dB.该天线具有结构简单、旁瓣低、增益均匀的特点，在卫星通信等领域具有重要作用.     

一种Ku波段帽型组合馈源设计分析

针对船载小口径天线的馈源设计需求,对一种新型组合馈源的馈电结构进行了模式分析,给出了一个环形口面辐射场的计算方法。通过优化提出了一个Ku频段线极化工作的组合馈源设计实例。经过CST优化仿真,组合馈源的反射板不到3个波长,且在馈源辐射波束半张角为90°时,主面边缘照射电平约为-10 dB。同时由于该组合馈源具有自支撑结构优点,因此非常适合应用于小口径、小焦径比的反射面天线。     

Scanning properties of large dual-shaped offset and symmetricreflector antennas

The scanning properties of shaped reflectors, both offset and circularly symmetric, are examined and compared to conic section scanning characteristics. Scanning of the pencil beam is obtained by lateral and axial translation of a single point source feed. The feed is kept pointed toward the center of the subreflector. The effects of power spillover and aperture phase error as a function beam scanning are examined for several different types of large reflector design including dual-offset, circularly symmetric large f/D, and smaller f/D dual reflector antenna system. It is shown that the Abbe-sine condition for improved scanning of an optical system cannot, inherently, be satisfied in a dual-shaped reflector system that is shaped for high gain and low feed spillover. The gain loss, with scanning, of a high-gain shaped reflector pair is demonstrated to be due to both aperture phase error loss and power spillover loss     

A scanning spherical tri-reflector antenna with a moving flatmirror

Spherical reflector systems can achieve pattern scanning without rotation of the main reflector through the use of multiple subreflectors that can move. Also, two subreflectors can be shaped to correct for spherical aberration and to control the aperture distribution on the spherical main reflector. In a previous paper (see ibid., vol.41, p.778, no.6, 1993) we introduced a method that offers both aperture phase and intensity control and scans the main beam without an accompanying movement of the illuminated area over main reflector. The method can overcome the poor aperture utilization problem common in spherical reflector antenna systems; however, it requires motion of the entire subreflector system, including the feed, during scan. In this paper we discuss a method that does not require motion of the subreflector system during scan. This method employs a flat mirror that creates a virtual image of the subreflector system. The motion of the subreflector system in the previous design is replaced by the motion of the virtual image that is controlled by the motion of the flat mirror. The new design offers simplified mechanical motion, while maintaining beam efficiency performance comparable to that of traditional spherical tri-reflector scanning antennas, but with some sacrifice in aperture efficiency and cross-polarization performance     

Ku/Ka四波段共馈低剖面赋形天线设计

针对传统切换式多馈源的低剖面反射面天线结构复杂,不能多频段同时工作的问题,介绍了一款四波段单馈源低剖面环焦反射面天线及设计方法。该天线工作在四波段14~14.5 GHz, 11.45~12.75 GHz,19.6~21.2 GHz,29.4~31 GHz。整体天线采用双槽深波纹喇叭单馈源、通过口面场分布和多项式拟合过渡函数的方法构造的赋形副反射面和主反射面。用电磁仿真软件进行了建模仿真和验证。实测结果表明,整体天线较传统天线的效率提高12%以上,第一旁瓣<-14 dB,指标满足设计要求。     

A method for producing a shaped contour radiation pattern using asingle shaped reflector and a single feed

Eliminating the corporate feed network in shaped contour beam antennas will reduce the expense, weight, and RF loss of the antenna system. One way of producing a shaped contour beam without using a feed network is to use a single shaped reflector with a single feed element. For a prescribed contour beam and feed, an optimization method for designing the reflector shape is given. As a design example, a shaped reflector is designed to produce a continental-United-States (CONUS) coverage beam. The RF performance of the shaped reflector is then verified by physical optics     

一种T形太赫兹成像系统的设计

为了获得较高的帧速率以及降低成本,提出了一种带有波束扫描功能的T形太赫兹成像系统.系统包含两个共极化扇形波束扫描天线,它们以T字形正交摆放.收发天线具有基本相同的内部结构,由角锥喇叭馈源、产生扇形波束的椭圆主反射体以及用于实现波束扫描功能的旋转次反射体构成,而所有这些元件都镶嵌在两个平行金属板之间.给出了T形太赫兹成像系统的具体设计,提出了设计高性能扇形波束扫描天线的系统化方法,最后给出了一些实验的成像结果,以论证系统的功能.     

卫星反射面天线波束赋形的研究

卫星波束赋形天线普遍采用阵馈抛物反射面天线和单馈成形反射面天线。针对前者阵馈和后者反射面表面形状复杂的特点,本文分别采用了遗传算法和共轭梯度法对这两种天线进行了优化,并获得了中国版图的波束赋形,说明上述算法在卫星反射面天线波束赋形优化中是有效的。     

反射面天线焦面场采样研究与相控阵馈源设计

为了设计高性能的相控阵馈源(phased array feed,PAF),通过反射面天线焦面场最优采样的研究,给出了PAF参数与天线口径效率之间的关系,总结了PAF的最优采样范围和单元间距,导出了PAF单元数量的计算公式.给出了一个9 m天线的PAF设计实例和性能分析,在4～7 GHz频率范围内,扫描范围为±3°时,天...