毫米波锥面共形相控阵天线的仿真与优化*

以弹载共形相控阵雷达导引头天线为应用背景,在未考虑极化的情况下,首先推导了任意共形天线单元方向图从局部极坐标系到全局极坐标系转换的一种实用方法;然后采用凹槽加载的中心馈电方式设计了毫米波锥面共形微带天线单元,并建立锥面共形相控阵天线模型,推导了锥面共形天线阵列的导向矢量及其方向图函数;最后采用能量迭代法对15 阵元的锥面共形相控阵天线方向图进行了仿真优化,在副瓣电平约束和零点约束两种情况下,分别给出了相应最优加权矢量的求解方法,实现了对方向图波束指向、副瓣电平以及零点的控制。     

共形天线阵列流形的建模方法

 共形天线阵列流形的数学建模是共形阵列天线信号处理的前提和基础.由于载体曲率和单元方向图指向的差异,在共形天线阵列流形的建模中,我们遇到的突出难题是如何实现单元极化方向图在阵列全局坐标系中的有效建模.首先利用三次欧拉旋转变换构造了任意三维几何载体共形天线全局直角坐标系到单元局部直角坐标系旋转变换的统一框架,并以此为基础,实现了共形天线全局极坐标系到局部极坐标系的空间旋转变换和单元极化方向图的全局旋转变换.最后,通过柱面共形阵列天线固有的遮蔽效应进一步验证了单元方向图旋转变换的正确性.     

一种实用的相控阵近场诊断新方法

提出了一种相控阵天线近场诊断的新方法.传统的方法要诊断出相控阵天线单元的激励,必须已知阵列单元的方向图和探头的方向图.文中基于相控阵天线的激励、单元方向图、探头方向图和近场测量数据之间的关系,得到了相控阵天线的激励和近场测量数据之间的耦合方程.利用多项式插值,在不必已知单元方向图和探头方向图的情况下,求解出相控阵天线的单元激励.     

共形相控阵天线的技术浅析

相控阵天线技术在雷达、通信、电子战、导航等领域获得了广泛应用和高速发展,共形相控阵天线是相控阵天线发展的重点之一。本文探讨了共形相控阵的天线阵型,方向图综合及波束形成技术体制等关键技术。     

基于遗传算法的载体上共形天线阵列优化

基于载体上共形天线相控阵列的优化综合由于计算时间长,一般不会采用GA方法优化,主要原因就是个体适应度的计算通常需要对整个天线阵列进行一次全波分析.但是本文预计算单元在阵列环境中方向图,利用相控阵理论中的单元在阵列环境中的方向图直接叠加的方法,计算个体适应度,可以大大加快求解个体适应度的速度,为直接使用GA方法优化共形天线阵列提供了可能.该方法既考虑了载体的影响又考虑了单元之间耦合的影响.通过数值实验可以看出,该方法能够大大的加快优化速度,而且优化结果与全波分析的结果能够很好的吻合.     

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

一种覆盖半空域相控阵天线方向图计算

介绍棱台形相控阵天线在不同空间位置的天线方向图分析计算方法，通过建立数学模型和理论分析，计算的结果与实测结果非常一致，从而为相控阵天线的阵列单元初始相位设置和相位控制提供了设计依据。     

双圆极化共形相控阵天线研究

设计了一种基于十字缝隙耦合双圆极化微带共形相控阵天线。首先设计了微带天线单元,分析了天线各结构参数对天线性能的影响。通过电桥向偏馈于十字缝隙上的馈线馈电,实现等幅、相差90°馈电,电桥的两个端口分别获得旋向相反的圆极化信号。然后对天线单元进行了测量,结果表明天线轴比小于3dB 的带宽为16%,驻波小于1.5 的带宽 为17%,波束宽度大于87°。最后对5×5 共形相控阵天线进行了仿真与测量,结果显示天线可以扫描60°,适合用作载体共形的卫星通信天线。     

一种机载相控阵天线方向图计算

介绍16棱台形相控阵天线在不同空间位置的天线方向图分析计算方法，通过建立数学模型和理论分析计算得到的结果与实测结果非常一致，从而为相控阵天线的阵列单元初始相位设置和相位控制提供了设计依据。     

共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法

 针对共形天线载体曲率和单元方向图指向的变化,建立了三维共形天线导向矢量的数学模型;推导了阵列互耦与方位依赖幅相误差的等价关系;通过引入少量远离共形载体的辅助阵元和方向未知的校正信源,提出了共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法.辅助阵元法只需要参数的一维搜索和线性方程组求解,可以实现校正信源方位和共形天线互耦系数的联合估计.计算机Monte-Carlo仿真实验验证了辅助阵元法互耦校正的有效性.     

锥体共形相控阵天线的特性分析

基于电磁场理论推导了锥体共形相控阵天线的阵因子。与平面相控阵天线相比,锥体共形相控阵天线单元间的空 间相位差既与阵元的轴向位置有关,又与阵元的周向位置有关。因此,在进行锥体共形相控阵天线设计时,除采用二维相 控阵形式外,尽量避免采用一维相扫锥体共形相控阵天线。     

不同环境影响下共形蝶形天线性能的理论分析

采用有限元-边界积分方程方法(FE-BI)系统分析了不同环境情况下的共形天线性能。以典型的平面和圆柱共形蝶形天线为例,分析了共形天线的一般辐射性能及散射特性,针对天线表面涂覆不同吸波涂层的复杂问题进行了讨论;最后,结合实际天线的工作情况,分析了共形天线馈源对其散射特性的影响,以及受到入射场影响时天线方向图的变化。研究表明:不同环境情况下天线的辐射和散射性能均有较大改变,环境因素成为天线设计中不容忽视的问题。     

一种新型双频带无人机载共形天线

为满足无人机集群通信天线的双频带、集成共形的应用需求，设计并制作了一种新型一体化机翼共形天线。该天线采用偶极子天线单元和LC高低通双工器合并实现。天线单元采用三对开路分支线实现有效扼流，并保证宽带全向辐射，双工器采用K-m型LC滤波器，实现低插损、高抑制的双通道工作。天线在L、S两个工作频带内实测电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR)小于2,增益大于0 dBi,频带间隔离度优于30 dBc。针对高速率传输需求的无人集群数据链系统，仅加装1部垂尾翼共形天线，即可支撑双频段同时工作。天线整体集成于无人机的单个垂尾翼内，有效提升了无人集群系统的平台集成能力，在无人机领域具有广泛的应用前景。     

耦合激励系数及对称振子阵列天线的有源方向图研究

为了深入探讨相控阵天线单元间的耦合对阵中单元方向图的影响,以阵列天线单元S参数为基础,给出了阵列天线单元的耦合激励系数计算公式,利用阵列天线单元间的耦合激励系数分析计算阵中单元的有源辐射方向图.同时利用矩量法分析由偶极子单元组成的阵列,并把阵列中每个单元的感应电流幅度和相位与耦合激励系数的幅度和相位进行比较,二者数据基本一致.矩量法计算的单元有源方向图与本文提出方法的计算结果吻合良好,验证了本文给出的阵列耦合激励系数及阵列天线阵中单元有源方向图计算方法的可靠性.     

宽带低副瓣共形相控阵天线的设计

给出了柱面共形相控阵天线方向图的理论综合方法，相应的数值计算和优化结果，考虑了公差等因素之后研制出共形相控阵天线的馈电系统，实际的共形阵方向图测量结果表明：在１５％以上的带宽内，方向图的最大融瓣电平低于－３０ｄＢ，最后，讨论了共形相控阵的宽角波束扫描特性，并给出了相应的理论和实测结果。     

一种应用于柱面共形天线的EBG 结构设计

表面波以及阵元之间的耦合一直以来都是共形天线设计中的难题。本文设计了一种新型EBG 结构应用于柱形共形贴片天线,该结构采用基底打孔型EBG,孔的形状为椭圆形,使得天线的辐射频率落在EBG 结构的带阻频率内。从而达到抑制表面波辐射和降低耦合的目的。文中分别从单元尺寸、介质层介电常数和介质层厚度对共形天线性能影响的角度 进行了较细致的分析。     

宽频带全向机载雷达天线的仿真设计

本文设计仿真了一种具有宽带特性的机载雷达天线,利用HFSS对平面天线和共形天线进行了仿真,对比了平面天线与共形天线的阻抗特性和辐射特性,仿真结果表明共形后的天线带宽变大,增益提高,波束宽度展宽,在宽频带内实现了低仰角扫描和方位面的全向扫描,辐射特性稳定,满足机载天线的性能指标,适合用作机载天线的共形单元。     

K波段圆极化相控阵天线的研究

对K波段相控阵单元进行了详细论述,给出了介质加载的圆形波导辐射器的仿真方向图,辐射单元方向图在自由空间的波束宽度达92°.由于阵列当中互耦的影响,阵列当中单元天线波束宽度变宽,波束宽度可达98°,能够满足阵列扫描的要求.在每个单元后接一个铁氧体移相器,再由单T形组合网络合成为1个馈电端口,制造出了K波段1×8单元相控阵天线,并给出了不同扫描角的测试结果.     

共形相控阵天线的应用与关键技术

相控阵天线技术在雷达、通信、电子战、导航等领域获得了广泛应用和高速发展,共形相控阵天线是相控阵天线发展的重点之一。文中讨论了共形相控阵天线在雷达、通信、电子战等领域的广泛应用前景及推动共形相控阵天线发展的主要原因,进而探讨了共形相控阵天线波束形成与扫描的原理及实现共形相控阵天线的一些关键技术。     

超宽带紧耦合阵列等效电路研究

针对紧耦合展宽阵列天线带宽的原理,利用紧耦合阵列天线阻抗的变化规律,研究单元间强耦合与地板共同对天线阻抗的影响;结合已有文献中紧耦合等效电路的特性,提出了一种能够对应天线单元形状与尺寸的紧耦合等效电路模型。该等效电路模型较文献中已有的等效电路模型具有更强的准确性和适用性,能较好地反映天线模型阻抗曲线和驻波曲线,为优化该类天线阵列的前期设计提供了指导方向。