低互耦星载相控阵天线设计

介绍了一款工作于Ku频段的低互耦星载相控阵天线的设计方法, 采用在阵列单元周围加载金属腔体的方式降低阵列单元之间的互耦效应, 从而改善相控阵天线的方向图扫描特性.针对相控阵天线在二维±60°范围内低副瓣波束扫描的特点, 对5×5子阵和16×16阵列进行了研究, 验证了阵列的互耦降低方法的有效性和电性能.研究结果表明:相控阵单元间互耦小于-16 dB, 而相控阵单元在15.1~16.8 GHz电压驻波比小于2, 相对带宽11%;在频率为f₀±500 MHz范围内, E面3 dB波束宽度大于98°, 5 dB波束宽度大于113°, H面3 dB波束宽度大于113°, 5 dB波束宽度大于122°.在仿真设计的基础上, 研制了子阵天线试验样机, 测试结果与设计结果吻合良好, 证明了降低互耦方法的有效性, 天线单元方向图满足在±60°范围内波束扫描的要求, 可应用于相控阵雷达系统.     

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9 GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71 dB,扫描波束的圆极化轴比小于2 dB.     

一种45°极化的毫米波二维宽带宽角扫描相控阵

设计了一款工作于Ka波段的+45°极化宽带宽角扫描相控阵.基于电磁镜像原理,通过嵌入人工磁导体,提出了一款具备宽波束辐射能力的+45°极化天线单元,其相对带宽达18.2％,水平方位面的3 dB波束宽度达114°,展示出宽角扫描潜能.将上述单元组成4×16均匀面阵并研究相控阵宽角扫描特性.计算结果表明,该面阵能在水平方位...     

一种提高圆极化阵列天线宽角扫描特性的设计方法研究

通过对传统矩形和圆形微带贴片天线单元的仿真与优化,提出了一种低剖面宽波束圆极化阵列天线单元结构。用该天线单元采用顺序旋转布阵得到2×2子阵,再由子阵扩展成为8×8矩形阵列。通过HFSS仿真验证了该阵列天线具备理想的宽角扫描特性和圆极化特性,天线在工作频段内可实现方位360°、俯仰±60°扫描,扫描范围内天线增益波动小于3 dB,轴比小于2.8 dB,同时天线还具有极低的剖面,高度尺寸仅为0.05λ0。针对传统圆极化阵列天线的扫描特性,分析并总结了一种提高宽角扫描特性的设计方法,可在不增加天线剖面的情况下,扩展单元波束宽度并抑制互耦,实现圆极化阵列天线宽角扫描。     

宽角扫描的圆极化相控线阵

设计了一款宽波束的圆极化天线单元以及1×4的天线阵列，实现了一维的宽角圆极化扫描.天线单元由单层的辐射贴片和介质基片集成波导（substrate integrated waveguide，SIW）背腔构成，通过在辐射贴片上切角微扰和开U型槽实现右旋圆极化，并利用SIW背腔缝隙展宽波束.同时利用SIW背腔减小阵列单元间的互耦，实现宽角圆极化扫描.仿真与测试结果表明，天线阵列实现了扫描角为-53°~57°，3 dB波束宽度覆盖范围为-76°~79°，在主波束扫描覆盖范围内轴比（axial ratio，AR）均小于3 dB，且在扫描范围内增益变化平稳，可实现良好的宽角范围的圆极化扫描特性.     

宽频带宽角域扫描的圆极化相控线阵设计

针对传统相控阵工作频带窄、圆极化波束扫描角度小的问题,设计了一款宽波束天线单元以及1×6相控线阵。采用叠层贴片技术展宽天线的阻抗带宽,设计新型的三维地结构拓展天线的波束宽度,利用介质匹配层技术改善天线在低仰角区域的阻抗匹配,并通过双点馈电实现圆极化辐射。仿真与实测结果表明,天线单元的3 dB波束宽度在4.3~5.6 GHz的频带内均大于115°。天线阵列在4.5~5.3 GHz的频带内,主波束的最大扫描范围为-57°~58.5°,其3 dB波束覆盖范围达到185°,在主波束的扫描范围内轴比小于6 dB,具有良好的宽频带宽角域的圆极化扫描特性,在卫星通信、移动基站等领域有广阔的应用前景。     

周期结构对小型天线阵宽角扫描性能的影响

利用周期结构来改善原阵列天线的辐射特性,新设计的高阻抗周期结构提高了天线阵波束扫描到较宽角度时天线的增益.该周期结构使得天线单元前向辐射有所增强,特别是在阵中情况下单元方向图比没有周期结构时的单元方向图宽很多,因此,在波束扫描到较大的角度时阵列天线的增益下降较少,如在波束扫描到士60°时天线阵列的增益比无周期结构阵列的增益高至少4 dB,新设计的周期结构保证了扫描波束在扫描到较宽角度时天线阵列具有较高的增益.     

基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统

提出了一种基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统,研究了该系统中结构参数与波束形成性能的关系。通过改进基于微光学阵列差分真时延网络的参数,优化了差分真时延网络的初相位以及幅相一致性;通过改进天线单元的参数结构,优化了各个天线单元的方向图,解决了合成波束时容易出现栅瓣及波束较宽的问题。所提系统可抑制栅瓣,得到的旁瓣消光比大于10dB,频率为3.8GHz时的3dB带宽为35°,频率为4.9GHz时3dB带宽为29°,指向误差小于1.5°,频率覆盖范围为2~6GHz。该系统在光学相控阵雷达中具有广阔的应用前景。     

宽波束±45°双线极化偶极子天线阵列设计

针对宽波束天线在移动通信中的应用,实现偶极子阵列天线的宽角域扫描覆盖,设计了一款宽波束天线单元以及1×16相控线阵。采用正交对称振子结构实现±45°方向辐射,振子采用椭圆环结构实现了宽阻抗带宽和宽波束,通过加载梯形结构降低了频段和实现小型化。实测结果表明,天线单元在6.425～7.125 GHz的频带内电压驻波比小于1.3,具有38.8%的相对阻抗带宽,在工作频带内其端口隔离度优于28 dB,3 dB波束宽度在频带内均大于126°,能够很好满足现阶段对阵列天线小型化、宽频带以及宽角域扫描的要求,在移动基站等领域有广阔的应用前景。     

基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线

提出了一种基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线设计。其工作频率为19.6～21.2 GHz,扫描角度为二维±60°,相控阵天线单元为介质加载的波导口形式。为改善该相控阵的宽角匹配和辐射特性,用基于PCB工艺的电磁超表面替换常规的介质锥匹配结构。相控阵天线单元的仿真结果表明,超表面相控阵天线的有源反射系数更低。小规模阵列辐射特性的仿真结果表明,在±60°扫描角度范围内,超表面相控阵的最低增益相比常规相控阵提升了0.6 dB。中等规模阵列辐射特性的实测结果表明,常规相控阵在0°方位面扫描到60°时,辐射方向图会发生较大变形,天线辐射增益明显下降,而超表面相控阵的方向图仍保持完好,天线增益下降明显改善。上述仿真和实测结果证明,电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面可以发挥重要作用。     

一种双圆极化半球面相控阵天线的优化设计

针对全空域多目标通信的应用需求,设计了一种具有32阵元的双圆极化半球面相控阵天线。为满足低仰角目标通信需求,采用半球加圆柱的布阵方式,通过详细对比分析三种不同阵元排布方式下的天线性能,确定最优的布阵方式。仿真结果表明,该天线从0°~102.5°扫描过程中,天线增益大于13.3 dBi,增益波动小于2.5 dB。该相控阵天线能够适用于全空域多目标通信的场合。     

一种基于5G应用的圆极化微带相控阵天线

本文提出一款应用于5G频段,可实现方位面±40°波束扫描的圆极化微带相控阵天线。该相控阵天线单元是由矩形贴片、上下介质板、缝隙耦合馈电结构、金属反射板构成。利用切比雪夫综合法的一分八不等分功分器实现相控阵天线的馈电形式。测试结果表明,阵列天线的驻波比带宽为3.25 GHz～3.69 GHz,端口隔离度大于25 dB,扫描过程中增益最大为21 dB,增益衰落小于3 dB,最大扫描角处轴比为2.89 dB。该天线具有低剖面、高隔离度、高增益以及良好的波束扫描性能等优点。     

Appling Weighted Thinned Linear Array and Pattern Reconfigurable Elements to Extend Pattern Scanning Range of Millimeter Wave Microstrip Phased Array

A weighted thinned linear array with pattern reconfigurable antenna elements is proposed to overcome the disadvantages of traditional millimeter wave phased arrays, such as, narrow scanning range, high grating lobes. The developed array can scan its main beam from φ = -76° to 76° in H-plane and has 3 dB beam coverage from φ = -88° to 88° with low grating lobes by shifting two operating states of the elements and adjusting the feed phases.     

Ka频段大规模相控阵稀疏布阵算法设计与应用

针对大规模卫星通信相控阵天线在阵元受发射/接收组件、驱动放大器等布局限制条件下的稀疏布阵问题,提出了一种基于极限微扰法的随机稀疏布阵算法。通过极限微扰率和随机稀疏算法的迭代应用,能够较容易地收敛到目标稀疏率下的稀疏阵列分布,且能得到均匀的稀疏布阵结果,改善相控阵天线由于局部过热导致的散热困难的问题。基于此方法,对满阵为4 096阵元的大规模相控阵天线进行了稀疏化设计,最终得到1 552阵元的稀疏阵。仿真和实测结果显示通过该算法能获得较好的阵列方向图结果,在方位角0°~360°、俯仰角0°~60°范围内副瓣均低于-16 dB。     

双层宽波束天线设计

针对宽波束天线在车载雷达中的应用,突破角雷达方位面3 dB波束宽度的限制,实现微带阵列天线在水平面的宽波束覆盖,设计了一款1×10串馈微带双层结构天线。线阵单元采用道尔夫-切比雪夫（Dolf-Chebyshev）综合法电流分布来达到降低天线俯仰面副瓣的效果,在串馈阵列上方加载寄生贴片和介质基板拓展天线方位面的3 dB波束宽度。分析了双层天线展宽波束的原理,加工并实测了双层宽波束天线,其方位面的3 dB波束宽度为134.6°,增益达到10.6 dB,副瓣电平为-19.8 dB,可以满足车载角雷达天线需求。     

Ka-band E-plane Beam Steering/Shaping Phased Array System Using Antipodal Elliptically-tapered Slot Antenna

In this letter, we present a Ka-band 8-element E-plane beam steering/shaping phased antenna array (PAA) using antipodal elliptically tapered slot antenna (AETSA). The power feeding network, phase shifter and antenna element were fabricated on a single low cost PCB substrate to avoid the extra loss caused by connection of different circuit pieces and for easier integration and easier fabrication. The system achieved wide scanning angle, which is from ?21° to +24° and the 3 dB beamwidth is widened by 10°, the latter being the requirement for plasma imaging application.     

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。