宽带相控阵天线延迟线分析

采用频率无关移相器的相控阵天线的波束指向会随频率发生变化,实时延迟线是提高宽带相控阵天线波束指向精度的重要方法。分析了子阵级采用延迟线,单元级使用移相器的宽带相控阵天线副辫特性,发现当工作频率改变时,由于阵列存在周期相位误差导致天线副瓣电平抬高。针对此问题,提出单元级精细延迟线方案,消除周期相位误差对天线副瓣的影响。仿真结果表明,这种方法在扩展相控阵天线带宽的同时,明显改善了天线的副瓣特性。     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

部件失效对有源相控阵天线性能的影响分析

有源相控阵天线系统的部件失效会造成天线增益、副瓣电平等性能参数的恶化。在考虑了天线单元幅度和相位的随机误差呈正态分布后,以部件失效的概率分布为依据,分析了包括天线单元失效、子阵失效以及组件失效情况下,天线性能随之变化的趋势。通过算例仿真得出,在文中建立的不同部件失效的数学模型下,天线增益的变化相对平缓,而副瓣抬升则相对较大。计算结果及结论可用于实际相控阵天线性能的评估和工程设计。     

阵列雷达最优子阵划分研究

在大型的相控阵天线中,为降低系统复杂性及应用成本,需要采用子阵划分技术对天线阵面进行最优划分。首先总结了基于子阵划分的相控阵雷达信号处理流程,在此基础上,从低副瓣的多波束、子阵级自适应干扰抑制等不同方面研究子阵划分技术。对现有子阵划分的研究途径、划分的方法以及各自特点进行研究和归纳。在抑制波束旁瓣方面,建立了求解最优子阵划分的优化数学模型;在自适应抗扰方面,分析了栅零点等影响子阵级自适应处理性能的因素。最后提出了最优子阵划分问题的进一步研究方向。     

相控阵MIMO雷达抗干扰波束形成算法

面对复杂多变的干扰环境下目标检测问题,雷达系统需要更高的系统增益和自由度实现对副瓣电平的控制和有效的抗干扰处理。为此提出一种基于相控阵MIMO雷达的抗干扰波束形成算法,该算法有效利用相控阵MIMO兼具相控阵高增益与MIMO高系统自由度的特点,提高系统抗干扰性能。在阵列发射端进行子阵划分,子阵间发射正交波形,子阵内发射同一波形并形成固定零陷对抗干扰;在阵列接收端进行匹配滤波获得波形分集,通过加窗函数控制副瓣电平并重构数据协方差矩阵消除形成零陷对副瓣电平产生的影响。所提算法在复杂多变的干扰环境下能够保持低副瓣电平并形成密集零陷对抗空间干扰,同传统算法相比优势明显。仿真验证了算法的有效性。      

利用频率分集实现子阵的同时多波束技术研究

在相控阵雷达系统中采用子阵同时多波束的方式可以既不损失天线增益同时又可以扩大天线空域覆盖范围。但是如果将每个子阵看成一个天线单元则单元之间的间距会大于半波长,这样会因为栅瓣原因抬高副瓣电平,影响系统效能。提出采用频率分集的方式不仅可以避免不需要的旁瓣电平同时保证空域的覆盖。     

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。     

子阵幅度加权的低副瓣技术研究

在大型相控阵天线中采用子阵幅度加权来降低副瓣是一项简单且实用的技术,并且成本较低,但是在副瓣区域会出现高量化瓣（栅瓣）。如果在阵元级进行幅度加权,就不会出现量化瓣,且会取得非常好的低副瓣的效果。但是由于大型相控阵天线阵元数目比较多,所以采用阵元幅度加权馈电系统会比较复杂,而且成本较高。解决这个问题一个折中的方法就是在子阵进行幅度加权,同时在每个子阵中具有相同序号的阵元加权相同的系数,然后利用子阵系数和阵元系数的乘积来近似只有在阵元进行加权时的期望加权系数。这个近似的方法要比单独采用子阵幅度加权的副瓣电平好（在这里假设所有的子阵都是均匀子阵）。该设计比全部阵元幅度加权简单,而且降低了成本。     

基于非均匀直线阵的宽带相控阵天线

主要从非均匀直线阵的角度分析如何改善相控阵的调谐带宽。利用遗传算法进行非均匀相控阵天线综合,以阵元间距、馈电幅度及相位为优化参量,通过对优化参量的调整,对天线阵方向图的副瓣电平进行优化。这种方法在抑制副瓣电平的同时,使天线阵的相对带宽得到了较大的提高,大大改善了相控阵的工作带宽并且达到了宽角扫描的要求。     

新型相控阵天线多阶混合馈电技术

提出了一种基于混合遗传算法的新型相控阵天线多阶混合馈电技术,描述了在有限TR组件数量和品种的情况下,可实现相控阵天线低副瓣的技术原理和仿真实例.仿真实例表明,多阶混合馈电阵比密度加权阵和多阶振幅量化阵具有更优的技术指标,且参数调节更具有灵活性,可大大减少相控阵天线成本.且多阶振幅量化阵仅是多阶混合馈电阵的一个特例.此外,对于同时存在随机幅相误差和单元(或TR组件)失效而引起的峰值副瓣电平恶化情况也进行了统计分析.     

一种有效的子阵级波束扫描旁瓣抑制方法

在子阵级数字波束扫描中,方向图的旁瓣抑制是一个重要问题.分析了子阵级波束扫描的方向图特性.基于正态分布的期望子阵方向图来构造加权网络,得到了旁瓣很低的新子阵方向图,较好地抑制了子阵级波束扫描的方向图旁瓣;与基于理想空域滤波器的期望子阵方向图方法相比,显著改善了旁瓣抑制效果.仿真结果证明了所提出方法的有效性.     

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。     

相控阵全光移相网络对空间波束电平的影响

全光移相网络以其宽带、高精度的优势极大地提高了光控相控阵天线的性能,但其引入的附加相位噪声,将导致空间波束电平指标劣化。基于全光移相网络噪声理论和相控阵理论,推导了激光器相对强度噪声、光载波传输链路插入损耗、激光器输出平均光功率与主、副瓣电平关系的理论公式。仿真结果表明在全光移相网络的典型应用参数下,上述3个参量的增大均会导致波束主瓣增益降低和副瓣电平升高,其中激光器相对强度噪声影响最为明显,为了优化波束电平指标,激光器相对强度噪声需低于-140 dB/Hz。     

Thinning of 2D and 3D Fractal Antenna Arrays with Bounded and Unbounded Fractal Distribution Functions for Celestial Communications

Fractal antenna arrays are geometry‐based thinned arrays having multiband applications. The major challenge of these arrays is their large number of elements at higher expansion factors. This article presents the thinning of fractal antenna arrays while maintaining an appropriate balance between the side lobe level and beam width by using various quantized fractal distribution functions. A 2D square fractal antenna array and 3DSierpinski gasket antenna array are considered in this article to validate the proposed distribution functions. Nearly one third of the antenna elements are thinned in each successive iteration except in the case of a one‐count distribution function. The proposed technique can simplify practical implementation and exhibits better performance for various parameters such as the side lobe level, side lobe angle, and half power beam width than fully populated fractal antenna arrays.     

基于子阵的宽带数字恒定波束形成技术

主要研究了基于子阵的宽带恒定波束形成方法,探讨了子阵带宽、子阵大小和最大波束偏移角三者之间的约束关系,最后给出了在子阵级实现低副瓣宽带波束形成的条件。     

阵元失效情况下的STAP性能研究

 本文针对矩形面阵的情况,讨论了面阵上不同阵元失效情况对阵列方向图、杂波特性及STAP性能的影响.可以发现,在加权的情况下失效阵元距阵面中心越接近,阵列方向图主瓣下降,副瓣升高越严重,子阵中失效阵元增多时,杂波自由度会随之增加,但当整个子阵失效时,杂波自由度反而会降低到接近原先无阵元失效的情况.文末讨论了阵元失效对目标信号相参积累的影响,对两种STAP算法在不同阵元失效情况下的性能进行了仿真分析,可以看出,阵元失效除了可能导致杂波自由度增加,还可能致使空域自适应方向图畸变,从而对自由度较匮乏的算法影响较大,最后针对空域自适应方向图畸变提出了一种空域深加权的改善方法,有一定的改善效果.     

数字化子阵天线及通道指标测试方法研究

伴随着雷达技术的飞速发展,数字化相控阵天线开始广泛运用于各种相控阵雷达当中;阵列规模的大型化促成了子阵技术的出现、发展与应用,数字化子阵的应用可以在保证阵列雷达系统性能的同时最大限度地降低系统成本及工程实现难度。由于数字化相控阵天线的工作原理与传统模拟相控阵天线差异极大,测试方法也发生了根本性的改变,本文就数字化子阵的工作原理进行了探讨,提出了新型数字化子阵天线指标的测试方法及测试系统基本架构,同时详细阐述了重要通道指标的测试步骤。     

基于微环延时的宽带相控阵天线系统

微环作为一种典型的平面光波导回路,具有结构紧凑、性能可靠等特点,而用其制成的波导延时芯片集成度高、体积小,与其他光延时器件相比,更适合于贴近阵面安装。因此提出了一种基于阵元级微环延时、子阵级光纤延时的宽带相控阵天线系统,并在均匀线阵的情况下,对所提天线系统进行了数学建模和性能仿真。由仿真结果可知,与一般的阵元级移相、子阵级光纤延时的相控阵系统相比,所提系统能够更有效地满足电子对抗宽带宽角扫描的需求。