阵列天线的波束扫描与衰减特性

由电磁场理论给出了线元天线阵列波束扫描的解析公式，并由该解析公式得到阵列天线波束扫描的数字结果，然后用光栅方程对所得数字结果作了理论分析，得到以下结论：(1)阵列天线扫描问题可以由光栅方程进行简洁分析；(2)波束能量极大值与阵列天线元数目的四次方成正比；(3)通过适当馈电时间延迟，可以控制波束扫描范围；(4)扫描的角范围依赖所给的半角度宽度要求。     

线元天线阵列传输特性实验研究

用脉冲电源产生亚纳秒高斯电脉冲给线元天线馈电,测试线元天线轴线能量的传输特性。实验结果表明,在相同轴线距离处,线元阵列天线轴线能量与单元天线轴线能量之比正比于天线阵列阵元数的平方;阵列天线轴线能量具有慢衰减传输特性;对线元阵列天线不同行、列作适当馈电延迟,可实现辐射电磁波束的空间扫描。所有实验结果在误差范围内与理论计算结果符合。     

线元天线阵列超短电脉冲传输特性实验研究

用脉冲电源产生亚纳秒高斯电脉冲给线元天线馈电,测试线元天线轴线能量的传输特性;实验结果表明:在相同轴线距离处,线元阵列天线轴线能量与单元天线轴线能量之比正比于天线阵列阵元数的平方;阵列天线轴线能量具有慢衰减传输特性;对线元阵列天线不同行、列作适当馈电延迟,可以实现辐射电磁波束的空间扫描.所有实验结果在误差范围内与理论计算结果符合.     

基于SIW的多波束CTS阵列天线设计

文中设计了一款基于基片集成波导(SIW)的毫米波高增益多波束连续横向枝节(CTS)阵列天线,它通过切换馈电端口实现多波束功能。该天线整体结构简单,采用印刷电路板工艺实现。天线主要包含馈电喇叭、平面波转换结构以及辐射结构三个部分,由三层基板构成。馈源为基于SIW的馈电喇叭,并在口径处添加匹配结构以提高其辐射性能;平面波转换结构由SIW抛物面和渐变耦合槽组成,可将馈电喇叭辐射出的柱面波转换为幅度服从泰勒分布的平面波进而为CTS阵列馈电,因此天线具有低副瓣的特性;辐射结构为1×8的CTS阵列,通过优化缝隙宽度以保证每个单元辐射出相等的能量。天线工作在30 GHz,通过切换馈电端口可在±20°范围内实现波束切换,天线测试结果与仿真结果吻合,验证了设计的合理性。     

大垂直口径天线俯仰波束赋形设计

给出了一种大垂直口径天线俯仰波束的优化设计过程。大垂直口径天线由10个辐射阵元构成,可以看成为一个阵列。为使天线的辐射波束达到给定的波束要求,提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型,对各辐射阵元的馈电幅度和相位同时进行优化。计算结果显示,天线能够产生满足设计要求的俯仰波束。通过全波电磁仿真软件HFSS进行了验证,仿真结果与计算结果吻合,证明了所提方法的有效性和实用性。     

罗特曼透镜馈电的多波束阵列系统设计

多波束系统广泛地应用于电子战设备中。讨论了基于罗特曼透镜馈电的多波束阵列系统的设计理论和原则,给出了一个16元罗特曼透镜和凹口天线组成的多波束阵列系统,阐述了馈电透镜和阵列天线的设计过程以及设计中的难题及解决办法。     

一种赋形阵列天线的优化设计

给出一种S 波段波束赋形阵列天线的优化设计过程,由带状耦合结构的印刷阵子天线并排组成16 元直线阵列。为使天线的辐射波束达到给定方向图的主瓣和副瓣要求,采用联合应用DFP 和BFGS 公式的变度量优化算法,对阵列天线各单元的馈电幅度和相位同时进行优化,并考虑阵列中各单元之间的互耦对阵列的影响,通过全波电磁仿真软件HFSS 进行了验证,所得的方向图与理论计算十分吻合。根据仿真优化的结果,制作了天线阵实物并进行了测试,得到的测试结果与仿真结果一致。     

花纹螺旋结构的倾斜波束圆极化线阵设计

为了提高天线的增益,在阵列天线理论的基础上,设计了一种新型花纹螺旋结构的八元斜波束圆极化直线阵.该阵列以花纹阿基米德(Archimedean)螺旋线为单元,利用微带型Wilkinson功分器实现馈电,通过阵列单元间距的优化,实现了阵列高增益的目的对阵列进行了设计、仿真、加工和实测,实测结果和仿真结果吻合较好,实测表明,该八元直线阵列在30°倾斜角度方向上取得了18 dBi以上的增益,阵列在6.1 GHz时取得了最大增益192 dBi,同时阵列保持了18.75％相对带宽的圆极化辐射特征,在工作频段内阵列的交叉极化分量小于-13 dB.     

四维多极化天线阵

针对通信感知一体化应用,利用四维天线阵技术实现了能够同时辐射多个极化波的新型天线阵。该天线阵列由四维天线阵馈电网络和4端口圆环阵列组成。四维天线阵特有的时间调制特性可以在不改变天线结构且不引入移相器的情况下,在中心频率产生垂直极化全向辐射波束,在第一边带产生左旋圆极化定向辐射波束,在负一边带产生右旋圆极化定向辐射波束。相比于传统极化可重构、波束可重构天线,四维天线阵结构简单,且三种极化状态和两种辐射波束可以同时实现,更好地满足多功能一体化系统需求。     

基于仅相位加权的阵列天线波束赋形优化方法

给出了一种仅改变相位分布的阵列天线波束赋形优化算法.在不改变阵列天线各单元的馈电幅度分布的前提下,为了使天线的辐射波束形成给定的方向图形状,采用联合应用DFP和BFGS公式的变度量优化算法对阵列天线各单元的馈电相位分布进行优化,使得优化后的阵列天线主波束形状能够与预给的波束形状吻合,从而达到设计要求.该方法为N维函数无约束极小值方法,具有快速收敛、计算量小的优点,是一种阵列天线波束赋形的通用方法.     

Linear array of woodpile EBG sectoral horn antennas

A technique is described for creating linear array antennas that conform to the natural stacking sequence of the woodpile electromagnetic bandgap (EBG) material. Each element in the linear array consists of a woodpile EBG sectoral horn antenna. The electromagnetic confinement mechanism within each horn antenna relies wholly on the 3-D EBG of the woodpile material. The array element has a typical sectoral horn pattern with a directional beam in one principal plane and a broader beam in the other. The bandwidth of the sectoral horn is almost equal to that of the defect EBG waveguide. Measured and theoretical results for radiation patterns, impedance bandwidth and gain of a sectoral horn antenna made from alumina are described, and theoretical results for a design made from silicon are presented. It is shown that the layer-by-layer nature of the woodpile EBG material enables sectoral horn antennas to be easily stacked together in the E-plane to create linear arrays. Analysis of the mutual coupling as a function of element separation and its effect on reflection coefficient are presented for a two-element linear array in silicon. Theoretical analyses for fixed and scanned beam linear arrays of silicon woodpile EBG sectoral horns are described and finite-difference time-domain results are compared with array theory. The fixed beam arrays are designed for high directivity while the scanned beam array enables wide angle beam steering through the use of parasitic array elements.     

舰载平面相控阵天线安装倾角的设计方法

利用舰载惯性导航系统提供的姿态信息,对处于静态和动态姿态下的舰载平面相控阵天线的波束指向变换进行了分析,得到了平面相控阵天线的扫描角。在此基础上,以相控阵天线最大扫描角度最小为目标,给出了天线随舰载安装平台处于运动姿态条件时的安装倾角的设计方法。该方法能够在给定的舰船纵摇和横摇范围内,针对相控阵天线需求的空域扫描覆盖范围,实现对任意多面旋转布阵的平面相控阵天线安装倾角的计算。由该方法计算得到的天线安装倾角能够使平面相控阵天线有最小的最大扫描角,从而提高相控阵天线的电气性能。     

渐变巴伦馈电的超宽带天线单元及阵列研究

为了满足超宽带电子系统对天线的需求, 研究了强互耦超宽带天线单元及阵列.首先设计了能够满足强耦合线极化的天线单元, 然后研究了超宽带相控阵天线阵, 设计了10×10天线单元组成的阵列.以此为基础, 利用高频电磁场仿真软件在二维周期环境中模拟了无限大周期阵列.结果表明, 在满足尺寸约束的前提下实现了二维周期边界下超宽带阵列的功能要求, 同时, 解决了强互耦效应下超宽带无限大偶极子相控阵进行全阵列仿真耗时极多、难度极大的问题.为了解决阵列单元如何有效馈电的问题, 在分析了天线单元结构设计的基础上, 研究了渐变结构巴伦的馈电特性, 并将这种馈电结构与上述强耦合超宽带天线单元相结合, 对单元结构和馈电方式进行了优化, 实现了超宽带馈电的效果.加工了天线阵列并在微波暗室中对不同频点进行了测试, 测试结果与仿真结果吻合.从测试结果可以看出, 主平面辐射方向图在不同频点内的最大扫描角波束峰值增益均大于5 dBi, 最大达到20 dBi, 满足设计要求.说明所设计的阵列天线能够应用于实际微波系统中.     

一种双极化液晶阵列天线设计与方向图综合方法

针对极化相控阵雷达应用背景,提出了一种基于电磁调控液晶的二维方向图可重构双正交极化阵列天线设计方法.该阵列天线设计由两种极化方式的亚波长超表面天线线阵交替排列构成,线阵上的单元均有两种工作状态,且每个单元都可以独立控制.该天线在一个方向维度上利用液晶超材料结构的电磁调控能力采用全息方向图综合方法实现了两个极化方式的独立调控,另一个方向维度上采用外部移相器对两个极化方式进行分别调控,创新地在两个方向维度上分别实现了正交极化信号的同时方向图重构,并确保了正交极化在二维方向图重构的一致性和良好的隔离度.仿真结果表明在法线两个正交极化的主瓣电平差小于0.01 dB,波束指向角为-40°时两个正交极化的的主瓣电平差小于0.02 dB.文章提出的双极化液晶阵列天线设计和方向图综合方法具有正交极化一致性好、结构简单等特点,并具有低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等优点,为小型全极化相控阵雷达精确信号制导应用提供了一个新颖的设计方案.     

适于一维相控阵宽角扫描的非对称单脊波导裂缝线源

非对称单脊波导裂缝线源是一种新型相控阵天线辐射单元。由该种单元垂直放置构成的平面相控阵天线在水平面可实现宽角(60)扫描,在波束扫描时,还可以避免寄生副瓣的出现。同时,该种单元本身在垂直面易于实现较低的副瓣电平。本文从理论和实验上对非对称单脊波导裂缝阵天线进行了研究,解决了该种线源设计过程中的基本理论和关键技术。十六单元样品线源远场实验结果与理论值的一致性说明了本文的理论分析和实现途径是正确有效的。     

Fan beam generated by a linear-array fed parabolic reflector

The theoretical background and the results of computer simulations and experimental studies for a parabolic reflector fed by a linear array are detailed. The concept of using a parabolic reflector antenna fed by a small linear array to generate fan-beam patterns is validated. Large angle scan along the broad-beam direction of the fan beam can be achieved by offsetting the linear array laterally. It is both empirically and numerically demonstrated that the array feed must be displaced in the reflector's axial direction to an optimum location from the focal plane in order to achieve the best antenna gain performance. As a result, the linear-array fed parabolic reflector can be used in place of a long planar array in a multifunctional reflector antenna system     

表面波放电狭缝天线辐射电磁场的三维数值分析

针对平板型表面波放电等离子体源,建立了表面波放电狭缝天线辐射电磁波模型,对狭缝天线辐射电磁场分布进行了三维数值计算,并与表面波电磁场进行对比分析,讨论了平板型表面波放电机理。结果表明:整个狭缝天线阵激发的电磁场是每个狭缝天线激发电磁场的线性叠加;狭缝天线阵直接激发的电磁场强度在临近波导壁面处很大,并且随着空间距离的增大迅速衰减;狭缝天线阵直接激发和表面波的电场均远大于各自的磁场,分析电、磁场对带电粒子的力作用时可以忽略磁场力的作用;表面波电磁场远大于狭缝天线阵直接辐射的电磁场,强电磁场范围也远大于狭缝天线阵直接激发的强电磁场范围,等离子体有增强电磁场强度、扩大强电磁场范围的作用。