基于人工电磁结构的天线波束控制技术

波束前倾结构后置天线(Forward Tilted Beam and Back-placed Antenna, FTBBA)在高超声速小型飞行器领域有广泛应用。文中采用水平磁+电壁构成端射元,利用电与磁的二重性原理和Yagi天线理论,构建C波段波束前倾结构后置微带八木天线以实现端射。同时,利用栅格结构人工电磁材料(Artificial Electromagnetic Structures, AEMS)抑制表面波,减小杂散电磁波对端射方向图和极化纯度的影响。此外,围绕高超声速小型飞行器天线的共形需求,将两组FTBBA共形于典型的高超声速飞行器表面以实现双极化端射。该天线能够在5.2～5.9 GHz实现VSWR<2 (相对带宽为12.6%),增益>11 dBi,主瓣波束宽度约20×32°。该天线突破端射波束控制技术,解决了常规技术手段难以克服的高速飞行器结构后置和波束前倾相互制约等技术难题。     

Gain improvement of planar-printed broadband end-fire antenna

A broadband high-gain planar-printed end-fire antenna is presented for microwave imaging application. The proposed antenna consists of a conventional Vivaldi antenna (CVA) with slot edges (SEs) and a planar phase compensation lens (PCL). Taking into account the actual phase error along E-plane direction at antenna aperture, a more precise and detailed analysis for the printed antenna with PCL is carried out. The PCL with specific layout of rectangular patches is utilised to enhance antenna gain especially at high frequencies, while the SE technique is employed to further improve directivity at low frequencies. The final design combining PCL and SE develops an expected high-flat-gain Vivaldi antenna over the entire operating range. The CVA and the proposed antenna are fabricated and measured. The measured results agree with the simulated ones well. The proposed antenna provides a high gain of 10–11.7 dBi in the range, which corresponds to a gain increase of 0.9–3.2 dBi compared to the CVA.     

虚拟阵元应用于平板端射天线的新型组阵方法研究

在端射天线组阵中,由于天线单元间的复杂互耦,端射天线小间距组阵时副瓣电平抬高得不到预期增益的提高,通过拉大单元间距可以抑制互耦、获得高增益,但又导致出现栅瓣电平.基于此,提出一种基于平板端射天线内插虚拟阵元的新型组阵方法——数字虚拟端射组阵方法,并对侧向组阵时该方法的数字波束合成结果与实际端射天线阵的三维电磁仿真软件(CST)仿真结果进行对比分析,最后,通过实验测试验证了该方法对于抑制端射天线阵栅瓣的有效性.     

端射阵机载雷达杂波建模与杂波特性分析

端射阵天线是指波束指向垂直于阵列法线方向的一类特殊雷达天线,由于其具有低剖面和强定向辐射特性,因而特别适合用于机载雷达的补盲。首先,以均匀端射线阵为阵元组建了端射阵列天线,并在端射阵机载雷达几何模型的基础上对端射阵天线的方向图特性进行了分析;然后,进一步构建端射阵机载雷达的杂波回波数学模型;最后,对端射阵机载雷达的杂波空时谱以及在不同情况下的杂波距离-多普勒谱进行了仿真分析,并与传统侧射阵机载雷达的杂波谱进行了比较。理论与仿真结果表明:所建端射阵空时二维杂波模型是合理的,可为下一步开展端射阵机载雷达空时自适应杂波抑制方法的研究提供数据来源。     

基于渐变折射率超表面的宽带高增益端射天线

提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ₀×0.729λ₀×0.017λ₀,λ₀为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。     

互耦效应下端射阵机载雷达STAP方法研究

互耦效应是阵列天线一个固有的重要属性,而端射阵天线由于其特殊的主波束指向以及抑制栅瓣所要求的小阵元间距,其阵列间存在的互耦效应比侧射阵更加严重.本文首先分析了互耦效应对端射阵天线方向图的影响,构建了存在互耦效应下的天线方向图模型;然后给出了考虑互耦效应的杂波模型并分析了互耦对端射阵机载雷达杂波谱以及STAP（Space-Time Adaptive Processing）性能的影响;最后提出了一种基于杂波协方差矩阵重构的互耦效应补偿方法.计算机仿真验证了所提方法的有效性.     

一种新型端射天线单元的研究

设计了一种新型的端射天线单元。采用独特的串馈单极子形式，具有较好的带宽性能，基板采用液晶材料，使其基板的介电常数可控。通过改变单元的工作频率及基板的介电常数，使得天线单元具有水平相扫的能力。采用上下双层对称结构来抑制由于地板引起的波束上翘。通过对端射天线单元的建模仿真，验证其可行性。这样，串馈形式的天线易于实现天线的小型化、轻薄化。具有很好的共形的能力，适用于机载等高速运动的平台。