光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术

本文讨论了光控相控阵雷达的原理和发展现状,介绍了光控技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,详细阐述了不同光实时延迟线(OTTD)的主要构成原理和技术特点,讨论了雷达微波信号的光调制技术和探测技术现状,指出了光控相控阵雷达技术可能的应用方向.文中重点讨论了光控相控阵雷达实现中需解决的关键技术,包括总体设计方案中的系统指标分配,雷达阵面结构设计时光器件温度特性的考虑,微波信号光纤传输中的幅相一致性、动态范围、非线性相位等,OTTD设计加工中的波束切换时间、插入损耗、隔离度、延时精度等.针对OTTD加工中难免存在的加工误差,文中提出了子阵OTTD与阵元移相器联合波控的方法.     

基于OTTD的宽带相控阵空间色散补偿技术研究

从理论上分析了普通相控阵天线空间色散产生的原因,数值模拟了工作频率、波控角对空间色散的影响,对采用子阵光学真延时补偿相控阵天线空间色散的技术进行了理论分析和数值模拟。结果表明对于普通相控阵天线,当工作频率为8GHz、波控角为40°时,对应的波束偏移为13.5°,远远不能满足宽带、宽角度工作的要求,而采用光学真延时(OTTD)技术的相控阵天线,在工作频率为8GHz、波控角为60°时,波束偏移量不到2°,满足了宽带、宽角度工作的要求。     

排列间距对均匀阵列宽角扫描性能的影响

研究并验证了阵元间距对均匀阵列宽角扫描性能的影响。首先分析并讨论了均匀线阵和面阵阵因 子在宽角扫描区域内的变化规律,研究表明:对于均匀线阵,阵因子对宽角扫描体现“过有利”特性,此时选取宽波束 有源单元方向图单元组阵,便能完成宽角扫描;对于均匀面阵,阵因子对宽角扫描体现“欠有利”特性,此时,阵元间 距的选取对面阵宽角扫描至关重要。据此,提出一款新型磁流元天线验证上述结论,该磁流元天线在xoz 面具有 138°的波束宽度,所组成的16 元线阵和64 元平面阵分别实现了75°和65°的扫描。文中的研究结果可为宽角扫描 相控阵提供理论指导和设计便利。     

X波段光控相控阵雷达技术

基于现有的器件提出了X波段光控相控阵雷达的设计方案,对光信号收发以及OTTD(Optical True Time Delay)的实现方案进行了探讨.采用光纤技术的X波段光控相控阵雷达通过引入光实时延迟线OTTD,减轻了传统相控阵雷达因渡越时间和孔径效应对信号瞬时带宽的限制,实现了宽带宽角扫描.     

旋转矢量法结合最大值法校准宽角相控阵天线

介绍了相控阵天线的远场校准方法——旋转矢量法,利用HFSS仿真软件对4×4元相控阵天线扫描角为0°状态进行校准仿真,效果优良;在宽角校准时,采用旋转矢量法结合最大值法进行校准,用CST仿真软件结合该方法进行仿真,效果良好;最后进行试验测试,对4×4元相控阵天线在两维宽角范围内进行校准。结果证明该方法能有效校准小阵面宽角扫描相控阵天线。     

低剖面渐变槽线天线单元设计

基于有限元仿真软件通过设置周期性边界条件的方法,分析了影响渐变开槽天线单元宽带宽角扫描性能的关键因素。通过在安装天线阵列的反射面上铺覆新型阻抗匹配材料,克服了天线高度对驻波带宽的限制,实现了天线的小型化设计。加工制作了一个20×16天线单元的实验小型面阵,并对其有源扫描驻波进行了测试。实测结果与仿真结果吻合,表明该天线在8GHz～12GHz带宽内±45°扫描范围内性能优异,可广泛应用于宽带宽角扫描相控阵天线系统。     

非相似元四倍频程相控阵天线

对数周期天线是一种宽带天线 ,单个天线单元的带宽可以很宽 ,但其宽带特性在组阵时将受到一定的影响 ,在相控阵中更受到扫描角的限制 ,文中采用非相似元的方法有效地解决了四倍频程相控阵天线扫描时宽带和宽角的矛盾 ,扩展了对数周期天线在相控阵中的应用     

相控阵天线宽角宽带扫描特性研究

比较了几种常规的相控阵天线宽角扫描匹配方法,简要地叙述了相控阵天线盲点效应的产生机理,分析了带Ｈ面寄生杆复合振子幅射元的阵列环境辐射特性。结果表明,该辐射元不仅能消除扫描盲点,而且能改善宽角扫描性能,并将该研究成果应用于工程项目,实现了宽频带,宽扫描角的有源低副瓣相控阵天线。     

相控阵天线宽角宽带扫描特性研究

比较了几种常规的相控阵天线宽角扫描匹配方法,简述了相控阵天线盲点效应的产生机理,分析了带Ｈ面寄生杆复合振子幅射元的阵列环境辐射特性,结果表明,该辐射元不仅能消除扫描盲点,而且能改善宽角扫描性能,并将该研究成果应用于工程项目,实现了宽频带、宽扫描角的有源低副瓣相控阵天线。     

一种宽波束相控阵天线单元

对于宽角扫描相控阵天线,天线单元的宽波束特性是保证相控阵天线宽角扫描的前提条件。该文介绍了一种在E面和H面都具有宽波束特性的U形贴片相控阵天线单元。用腔模理论分析了该天线单元,并用HFSS8.0仿真软件对该天线单元进行了有效的优化。对加工的天线单元作了测试,结果显示测试值与仿真值吻合较好。实测波束宽度在E面和H面都达到110°,验证了该天线单元的宽波束特性,说明其适用于二维宽角扫描相控阵天线。     

低成本有源相控阵天线研究

研究了有源相控阵天线的低成本设计思路和数字技术新方法。首先详细地分析了有源相控阵天线的系统构架和成本组成;然后从系统总体的角度,探讨了低成本数字阵列相控阵天线设计方法;最后提出了采用宽带宽角扫描的可重构设计技术来降低有源相控阵天线的成本。提出的有源相控阵天线低成本设计新方法具有很好的工程实用价值和科学意义。     

基于光纤光栅的实时延时技术

光实时延时技术与相控阵技术的融合,解决了传统相控阵雷达的瞬时大带宽受限和波束偏斜问题.文中给出了光实时延时技术的思想,讨论了光实时延时技术出现的背景.分析了应用于光实时延时技术中的光纤光栅的原理,着重讨论了均匀光纤光栅和线性啁啾光栅,分别给出了基于两种光纤光栅的光实时延时的技术方案,在此基础上,讨论了受控于应变和温度的光纤光栅在光实时延时技术中的应用.最后讨论了一些技术上存在的问题.

Abstract：

Optical true time delay technology (OTTD) is the key technology for phase array antennas (PAA).By using OTTD,the beam squint and the restriction of instantaneous bandwidth are resolved.The principles of OTTD are given,the emergence background of OTTD is discussed.The theory of fiber Bragg grating(FBG) used in OTTD is analyzed,especially on uniform fiber bragg grating and linear chirped fiber Bragg grating.Two OTTD schemes based on FBG is presented,then some new kinds of FBG used in OTTD are discussed.Some technique hurdles are analyzed as well.     

Optical true time delay unit with wide range and high resolution for phased array beamforming

Photonic Network Communications - An optical true time delay (OTTD) unit based on uniform fiber Bragg gratings, photonic crystal fiber and wavelength converter array is proposed for the phased...     

用于相控阵天线的光纤真延时技术

光真延时是对相控阵天线进行光控的一种重要手段.文章介绍用于相控阵天线的光纤真延时技术和各种真延时结构.     

一种宽带宽角双极化相控阵天线单元研究

设计了一种宽带宽角双极化相控阵天线单元,该天线单元采用指数渐变开槽天线形式,并设计了金属匹配柱安装在双极化天线单元之间,保证了开槽天线的接地连续问题。依次给出了该双极化天线单元的仿真设计、阵列样机的性能测试,从仿真和测试结果中可以看出,该双极化天线在3倍频程带宽内具有良好的匹配和辐射特性,并且能实现大角度二维扫描。该双极化天线单元具有宽频带、体积小、结构简单等特点,适于用作宽带宽角扫描相控阵天线的阵列单元。     

Optical techniques for reconfiguring microwave phased arrays

Very large phased array antennas, particularly in radar and adaptive receive applications as opposed to communications usages, require large amounts of digital data processing for beamsteering, null-formation, imaging, and signal correlation computations. Such processing requires a computational capability which is effectively proportional to the square of the antenna size, and can readily become one of the main design drivers. This processing bottleneck problem is addressed for large phased array antennas. An approach in terms of parallel processing in the optical domain is presented as a potential solution. The defining equations for a phased array antenna system are given, along with the transfer functions for an embedded optical spatial filter control element. Such a control element is shown to have the potential of rapidly reconfiguring a large phased array antenna without the speed penalties associated with conventional sequential addressing methods. A hypothetical phased array antenna, with optical spatial filter control elements, is simulated in a computer model and performance results are presented     

色散光纤在X波段光控相控阵雷达技术中的应用

介绍了色散光纤在X波段雷达信号的光控相控阵中的应用——光纤延迟线,建立了光控相控阵雷达通信系统的模型,采用外调制的方法把微波雷达信号调制到光信号上,运用光学软件Optiwave来建立光控相控阵雷达的仿真系统。其结果可以为色散光纤在X波段光控相控阵雷达技术中的应用提供参考。     

平面相控阵宽角扫描技术

宽角扫描技术是近年来平面相控阵研究领域的热点和难点。从2008年起,电子科技大学计算电磁学团队便开展了相关研究工作,提出了利用方向图可重构技术突破平面相控阵宽角扫描瓶颈的理论和实验方案,并逐步发展了基于电磁镜像原理、表面波辅助设计、磁流源技术、非周期阵列和时间反演自适应优化等理论和方法,用于实现平面相控阵宽角扫描。文章回顾了该团队在平面相控阵宽角扫描领域的研究历程,并对其研究发展做出展望。