Ka 波段EBG 天线阵列的仿真与分析

电磁带隙(EBG)天线是一种可以提高天线辐射口径及增益的新型天线,本文首先以FSS 结构作为EBG 反射面,角 锥喇叭作为辐射源,设计了一种可以工作在29.7-30.2GHz,最大增益为23dB 的EBG 天线;其次,研究了7 个喇叭构成六 边形阵列时的阵列特性;最后,将EBG 天线用作单反射面多波束天线的馈源研究了波束的覆盖特性,结果表明,当波束 大小为1.12°时,多波束天线的峰值增益为44.5dB,边缘交叠电平为40.4dB,载干比大于12dB。证明了这种EBG 天线 具有良好的工作性能,为将来小型化反射面多波束天线的设计提供了一种新的思路。     

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。     

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%.     

双频段双极化共孔径阵列馈源反射面天线设计

介绍了一种新型Ku/Ka双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射面天线的设计。在双频段双极化共孔径阵列馈源设计中,Ka波段采用裂缝波导阵,并且位于共孔径馈源阵列的下层,双极化Ku波段采用微带贴片天线、位于共孔径阵列馈源的上层。文中给出了该双频段双极化共孔径阵列馈源的设计及测试结果,并将该测试结果代入偏馈抛物柱反射面天线中在FEKO软件平台上进行了半实物仿真,仿真结果表明,该双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射天线实现了如下设计目标:Ku波段双极化水平面扫描范围为±17°,两个主面副瓣电平优于-30dB,Ka波段水平面扫描范围为±10°,两个主面的副瓣电平优于-30dB,双频段双极化两个主面的波瓣宽度和波束指向完全匹配。     

基于电调超表面及柱面反射面的相控阵天线设计

提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。     

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.     

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。     

一体化馈源大角度扫描折叠式反射阵列天线

卫星通讯服务的快速增长催生了对于“动中通”设备旺盛的需求.由于具有低剖面、加工方便、功能实现多样等特点, 折叠式反射阵列具有应用于“动中通”系统的巨大潜力.针对这一应用需求, 提出了一种具有大角度扫描能力的折叠式反射阵列设计方案, 基于多层印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)技术,设计了一种工作在C波段可用于折叠式反射阵列具有60°扫描能力的微带缝隙单元, 利用该单元设计了0°、45°和60°波束指向的固定波束折叠式反射阵列.此外, 使用阵列馈源替代传统喇叭馈源, 完成了馈源与主反射面的一体化设计, 实现了折叠式反射阵列天线结构的平面化.固定波束折叠式反射阵列的仿真和实测结果表明在4.85~5.15 GHz的频率范围内, 阵列具有60°波束扫描的能力.     

双馈源双偏置结构星载通信多波束天线

为了使星载通信天线产生赋形波束的同时,又能辐射具有扫描特性的点波束满足特殊情形下的通信要求,提出了一种以单馈源赋形反射面天线为基础,利用另一个馈源进行副反射面赋形,补偿主反射面口径相位差的方法,从而形成高效率点波束,并通过副反射面及对应馈源横向偏焦实现点波束扫描的目的。为了检验方法的有效性,仿真实验了一副口径为2.2 m 的赋形反射面天线。实验结果表明:赋形波束在服务区内部的最小增益是30.0dBi,点波束在服务区内部及周边区域扫描时具有比赋形波束更高的增益,因此,所提方法是有效的。     

有限扫描反射面天线相控波束重构技术

该文研究一种采用聚焦馈源阵列馈电的反射面天线,相控阵馈源离开焦平面向反射面移动一定距离,位于焦散区,能够增强反射面天线的波束重构赋形能力和有限视角扫描能力。采用改进的投影矩阵法,利用仅相位控制技术,求解相控阵馈源的激励系数,有效综合了聚焦馈源偏置抛物面天线的方向图。对算例的设计达到了采用仅相位技术控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了相控阵馈电偏置抛物面天线的波束重构或扫描,并利用商用GRASP仿真软件验证了该文的设计结果,说明了该文方法的有效性。     

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。     

一种快速稳健的致密焦面阵列馈源设计方法

致密焦面阵列馈源(DFPAF)融合了多喇叭多波束馈源和相控阵列馈源(PAF)的特点,与多喇叭多波束馈源和常规相控阵列馈源相比较,它可以同时提供更多的固定赋形波束进一步拓宽视场。在射电天文、雷达、电子侦察和卫星通信等领域引起了极大的关注。由于其阵列结构与常规阵列馈源不同,导致设计方法也具有特殊性,因此近年来展开了对其设计方法的研究。该文充分利用反射面天线的固有特性,并结合阵列天线理论,提出一种可以快速、稳健地设计致密焦面阵列馈源的方法,给出了设计原理和设计结果,并和最具代表性的多喇叭多波束馈源进行了性能对比分析,为设计致密焦面阵列馈电的大型反射面提供理论和数据参考。     

W波段双极化单脉冲天线设计

为了探测目标的极化特性,研制了工作在W波段的双极化单脉冲卡塞格伦天线.天线由主反射面、副反射面、馈源喇叭、正交模耦合器及和差器组成.天线主反射面口径为137 mm,馈源为五喇叭形式,正交模耦合器采用渐变波导匹配方案,和差器通过平面型定向耦合结构实现.通过将馈源喇叭、正交模耦合器及和差器集成设计,减小了连接损耗,压缩了天线纵向尺寸.测试结果表明,天线驻波带宽约3. 7 GHz,极化隔离度优于35 dB,和波束增益大于37. 9 dBi,副瓣电平优于-15 dB,差波束零深优于-25 dB.天线在W波段实现了较好地双极化单脉冲性能.     

一种新型的介质反射面天线

提出了一种新型的多层介质结构的反射面天线，反射平面上所需要的相位补偿通过选择合适的介质厚度来实现，使用几个多层圆形介质即可满足条件。与传统的高增益天线相比，该结构设计简单，加工方便。验证了几种不同层数的结构和一个等口径的抛物面反射面天线。加工并测试了一个采用Vivaldi做馈源的4层结构的反射面天线。仿真和测试结果均表明该天线具有良好性能。     

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。     

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.     

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.     

收发等波束的双频低副瓣多波束天线

介绍了一种可实现收发波束大小一致的工作于K/Ka频段的低副瓣反射面多波束天线系统。该天线系统采用高效率双频多模喇叭作为馈源,实现了收发频段共用同一反射面,极大地降低了系统的规模。通过对反射面口径场上幅度和相位的分布对天线二次辐射方向图的影响的分析,提出了一种在高频处对反射面引入副瓣照射的方法,从而实现了收发波束大小一致。该天线系统在收发频段均体现了良好的低副瓣、高载干比特性。     

反射面天线馈源喇叭边缘照射电平的分析

反射面天线设计的关键就是通过选择合适的喇叭馈源边缘照射电平以追求天线的高性能（增益,旁瓣电平, 效率等）。本文主要利用实例验证了标准反射面天线馈源喇叭的优选边缘照射电平,分析了赋形反射天线馈源喇叭的优选 边缘照射电平,给出了标准反射面和赋形反射面在设计中各自馈源喇叭的优选边缘照射电平。从而可以在设计工作中对 于不同形式的反射面天线有针对性的设计馈源喇叭的边缘照射电平。     

可变波束倾角的相移表面阵列研究

介绍了一种可变波束倾角的相移表面(PSS)阵列。该相移表面阵列工作在Ku频段。馈源天线波束通过两层PSS的同向运动和相对运动,实现了方位360°、俯仰0°~78°波束连续扫描。制作了PSS阵列实物,并进行了测试,测试结果与设计吻合。可变波束倾角的相移表面阵列天线具有超低剖面,是一种新型机械式相控阵天线。