一种DBF体制卫星接收共形相控阵天线

提出了一种全数字波束合成(digital beam forming, DBF)体制卫星接收共形相控阵天线设计思路.该天线采用半球形共形阵排布方式, 阵元采用双层微带贴片天线实现宽带圆极化.在半球形的布局下, 通过判断卫星信号来波方向在球面上的投影来选择工作的阵元, 形成与来波方向一致的波束, 在全空域(—75°~75°)的仰角内可实现增益起伏小于1.5 dB的波束覆盖; 后端采用射频数字一体化设计技术, 可同时形成多个波束, 实现了一个天线跟踪多颗卫星的能力.最后加工和测试了天线样机, 验证了共形半球阵的波束形成能力.提出的天线设计思路有助于拓展数字波束体制在卫星通信中的应用, 对全空域多波束相控阵天线的研制具有指导意义.     

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.     

FSS 天线罩的RCS 测量与分析*

FSS在天线RCS减缩方面起了重要作用。针对一种锥形的带通FSS天线罩,设计了RCS测量载体,为了凸显FSS天线罩的透波特性和低于通带处的带外隐身性能,用双面角反射器模拟天线舱内天线系统产生的强散射,对FSS天线罩的传输特性和RCS性能进行了测量。结果表明,FSS天线罩在通带内有较好的透波特性,通带内的频点f0处RCS与测量载体的RCS曲线有相似形状,呈现出介质罩的透波特性。FSS天线罩在低于通带频点f1处透波特性衰减至约-15d B,通过统计鼻锥前向-60°~+60°范围内的RCS均值,FSS天线罩的RCS与载体相比较,RCS减缩均值达到-20d B左右,具有明显的减缩效果。     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

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.     

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。     

新型宽带数字多波束相控阵天线设计

传统相控阵天线系统为实现多波束,在重量、体积、功耗等方面会有明显的增加,系统的基本可靠性也显著降低。基于软件无线电思想,利用超外差结构实现宽带信号变频,并对瞬时带宽内的信号同时进行模/数或数/模变换,再根据串口提供的每个波束方位、俯仰和频率等信息,在基带实现数字多波束形成。设计了一套S频段、瞬时宽带100MHz的数字多波束相控阵天线系统。测试结果表明,该天线可收发同时形成3个独立波束,每个波束在俯仰面0°~70°、方位面全向的扫描范围内实现EIRP值不小于40 dBm,G/T值不小于-20 dB/K的优良指标。该设计可以有效提高系统灵活性,降低系统的复杂度。     

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。     

基于CPCI总线技术的相控阵天线测试系统设计

随着技术的发展和系统功能的增加，相控阵天线的规模越来越大，其工作模式也越来越复杂。为了在项目研发前期实现相控阵天线的全面性能测试，设计一种适应大规模阵面、多模式控制的相控阵天线测试系统显得尤为重要。本文主要论述了基于CPCI总线技术的相控阵天线测试系统的设计，以波控计算机和波束控制板为核心，与暗室测试设备同步交互，实现对相控阵天线多模式的测试控制和相控阵天线波束状态的实时监测。     

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。     

A Novel Mobile Antenna for Ku‐Band Satellite Communications

A mobile antenna for multimedia communications with Ku‐band geostationary satellite KOREASAT‐3 and JSAT‐2A is presented. The forward link of the satellite communication is 11.7 to 12.75 GHz, and the return link is 14.0 to 14.5 GHz. The mobile antenna is designed to be a stair structure using 24 active phased array elements in order to provide a low profile, and to be at a non‐periodic array distance using the genetic algorithm. Also, the designed antenna uses the double beam forming method for stable satellite tracking. The fabricated mobile antenna is examined using various experiments to confirm its capability for practical application. From the measured results, the fabricated mobile antenna system is confirmed to have a good performance.     

可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面（reconfigurable holographic surface,RHS）辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于 RHS 的硬件结构和全息工作原理,提出了一种 RHS 辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。     

机载宽频带雷达罩双向变厚度设计方法

新一代战机的火控雷达向着宽频带和相控阵方向发展。针对宽频带相控阵机头雷达罩的高性能要求,提出了“高传输、低反射、等插入相位延迟”综合设计准则。分析了宽频带夹层罩壁结构的电性能特性,针对其相位特性差的情况给出了一种新的双向变厚度设计方法。通过雷达罩轴向变厚度设计以适配不同的入射角获得高传输/低反射性能,通过环向变厚度设计以适配不同的极化角获得接近的插入相位延迟,实现了优良的宽频带传输性能和方向图特性,在雷达罩产品研制中得到应用并发挥了重要作用。     

基于微机械工艺的60 GHz波束扫描天线阵

提出了一种应用于高速率无线通信的基于微机械工艺的波束扫描天线阵.基于微机械工艺的空气填充的同轴线结构能提供低损耗的矩形微同轴传输线和馈电网络设计.设计的传输线仿真和测试插入损耗均小于0.18 dB.仿真和测试结果吻合良好.波束扫描天线阵的尺寸为17.5×14.5×0.42 mm3, -10 dB带宽为10 GHz(55~65 GHz), 其带宽覆盖60 GHz标准的全频段.波束扫描角度分别为±35°和±11°.在60 GHz中心频点, 增益分别为11.8 dBi和12.1 dBi.     

一种超宽带双极化阵列天线的设计

为满足超宽带无线通信应用需求,研究了一种超宽带双极化强耦合阵列天线. 阵元由两对相连印刷偶极子正交构成,结合Marchand巴伦与Wilkinson功分器构建的馈电网络,实现了平衡馈电、阻抗变换和带内共模谐振抑制等技术. 实验与仿真结果表明,该阵列天线可实现阻抗带宽1.5～4.0 GHz,E面波束扫描范围±60°,H面波束扫描范围±50°,并且天线结构简单,适合双极化宽角扫描相控阵天线系统的应用.     

Beam-Steerable Ultra-Wide-Band Miniaturized Elliptical Phased Array Antenna Using Inverted-L-Shaped Modified Inset Feed and Defected Ground Structure for 5G Smartphones Millimeter-Wave Applications

Multi Input Multi Output (MIMO) and phased array systems are considered a key technologies to realize the 5G communication systems. Therefore, the purpose of this research is the suggestion of a novel mm-wave Ultrawide Band (UWB) antenna design with compact and straightforward layout suitable for both MIMO and phased array systems. Hence, the designed antenna array has been studied separately as a MIMO antenna and as a phased array antenna to carefully assess the performance of each system. The single antenna design is an elliptical patch antenna where the design novelty lies in the combination of a modified inset-feed and defected ground structure to provide a large bandwidth without any compromise in the radiation performance, nor in antenna size and design simplicity. The Design process are performed using CST MWS software, where the Rogers RT/Duroid 5880 substrate is chosen to construct the antenna. A broadband characteristic of 8.7 GHz from 26 to 34.7 GHz with two resonant frequencies at 28 GHz and 33 GHz is obtained. A good radiation properties are achieved, where the gain is greater than 4.5 dB while the radiation efficiency exceeds 97% over the operating band. The MIMO and phased array antennas are made up of 12-elements of the single UWB-antenna arranged linearly along the width-edge of the smartphone mainboard. The MIMO antenna proves a high diversity performance in terms of Diversity Gain (DG), Envelope Correlation Coefficient (ECC), Total Active Reflection Coefficient (TARC), Channel Capacity Loss (CCL) and Mean Effective Gain (MEG), owing to the low mutual coupling less than ??20 dB, which is obtained using a separating slits between the elements. In addition, the suggested phased array provides a highly stable gain up to 15 dB over the entire bandwidth at broadside direction, besides the wide scanning range of?±?60° at 28 GHz and?±?40° at 33 GHz. Hence, the attained results assure that the suggested antenna could be appropriate for incorporation in 5G smartphones and other wireless devices and can be effectively used for both phased array and MIMO applications.

     

一种S频段反射型可调模拟移相器的设计

设计了一种应用于S频段卫星通信相控阵系统的反射型可调模拟移相器。该移相器利用三分支线定向耦合器扩展了带宽,改善了工作频段内驻波;采用传输线和变容二极管构成的L型反射负载扩大了相移量。测试结果表明,在上行频段1.98～2.01 GHz内,相移量达到191°±1°,在下行频段2.17～2.2 GHz内,相移量达到186°±0.1°;插入损耗优于3.3 dB且插入损耗波动小于1 dB,回波损耗在整个电压调谐范围内均大于20 dB。该移相器结构简单、便于调节且价格低廉,在卫星通信领域有一定的应用价值。     

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。     

一种基于超材料的谐波抑制天线罩

设计了一种基于超材料结构的前置谐波抑制单元天线罩,该天线罩采用多层互补型亚波长单元结构,在一个天线单元的有限尺寸范围内排列更多的周期单元,减小边缘效应的影响,天线罩总厚度小于5 mm,通过PMI泡沫与喇叭天线连接。采用激光刻蚀工艺制备了不同尺寸的两种试验件,并进行了超材料的传输系数测试以及带罩天线阵谐波抑制性能测试,结果表明,所设计的超材料谐波抑制天线罩具有带内0.3 dB 的插损,二次谐波20 dB和三次谐波30 dB的抑制能力。     

一种基于电磁超材料的大规模天线阵列天线罩解耦技术

文中设计了一种去耦天线罩,为解决紧凑排列的大规模天线阵列中相邻端口隔离度较低的问题提供了参考.天线罩主体是一层具有低介电常数和低损耗性的介质板,其上印刷了周期性排列的金属贴片结构.通过调整金属贴片的形状以及天线罩到天线阵列的距离,使天线罩产生的反射波与阵中的耦合波幅度相同、相位相反,二者相互抵消,达到增加阵中端口间隔离...