全空域数字多波束天线技术研究

针对航天领域全空域多目标管理使用需求,设计了一种基于富勒烯结构的赋型数字多波阵列天线,介绍了数字多波束信号收发处理工作原理及赋形阵列结构设计方案,研究了基于赋型阵列天线的波束滑动行走模式、多波束工作模式、波束增强模式,建立了赋形阵列天线数学仿真模型,对阵列天线波束增益一致性、波束宽度一致性、多波束方向图、波束增强性能进...     

一种宽带高增益全向赋形测控天线的设计与实现

为满足无人机地面测控站在单天线工作模式下实现遥控、遥测链路的远距离、大仰角跨度的全方位通信,设计了一种宽带高增益全向波束赋形阵列天线。天线采用宽带印刷偶极子单元组成4元共轴线阵,通过并联耦合馈电的方式在28.9%的相对工作带宽内增益大于6 dB,同时采用遗传优化算法在1.65 GHz～1.75 GHz频带内进行俯仰波束赋形,使得第一零点增益≥–8 dB,从而实现宽角域的链路覆盖。     

基于子空间追踪的无源信号检测技术

数字阵列瞬时全空域覆盖时,所需的波束数量随着阵列规模增大而增加,这将使得信号处理复杂度提升,设备量增大.为了减少大型阵列的设备量,提出了一种基于子空间追踪的无源信号检测技术.该技术利用辐射源信号在空域的稀疏性,用子空间追踪算法实时跟踪辐射源信号,将波束对准辐射源信号方向,进行自适应空域滤波,从而减少波束个数,降低计算量.该算法可以适应多信号形式,自适应地对多个辐射源的来波进行滤波,滤波之后的信号可以进行信号检测及信号分选,且波束个数不随阵列规模的增加而增加,可以大大减少大型阵列的设备量.     

面向低轨卫星的双圆极化宽带宽角扫描阵列研究

随着卫星通信技术的日益成熟，相控阵天线被广泛应用于低轨卫星系统，提出了一种面向低轨卫星通信的新型双圆极化宽带宽角扫描阵列天线。阵列天线单元采用一种金属栅格加载的对称阵子，其工作宽带为17GHz~21GHz，相对带宽超过21%，同时金属栅格加载方法可有效展宽对称阵子波束宽度，从而在工作频段内使E面和H面波束宽度均超过140°。通过上述宽带宽波束对称阵子作为阵列天线单元，形成8×8的64单元阵面。然后，阵列天线单元经过旋转组阵，实现了双圆极化特性。由于天线单元具有宽带、宽波束性能，有效拓展了阵列波束扫描角度，即在不同旋向下，均能实现二维±60°的波束扫描。阵列在低频17GHz工作时，法向波束增益为18.2dB，当扫描离轴角为60°时，增益下降2.8dB，轴比小于2dB。在高频21GHz时，法向增益为19.6dB，当扫描离轴角为60°时，增益下降3.7dB，轴比小于3dB，具备良好的宽带宽角覆盖性能，从而在低轨卫星通信中具有广阔的应用前景。     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。     

一种宽带天线单元及其在共形相控阵中的应用

提出一种工作频段较高、带宽较宽的共形相控阵印刷振子单元改进结构,并组成一个平面阵列和多个不同结构形状的共形阵天线,进行实验研究。通过对单元结构参数的仿真优化,得到一个频带较宽( 5 5 % )、法向交叉极化较大( >1 8dB)、单元增益较高( 7 7dB～8 9dB)的天线。这些实测结果与仿真结果吻合良好。并通过多种阵列的实验研究,得出了一些关于共形相控阵随阵列结构变化而变化的规律。     

非圆信号虚拟阵列波束形成算法

利用非圆信号的实值特性,提出了一种利用信号共轭扩展阵列孔径的虚拟阵列构成方法,将其应用在自适应波束形成中,对其波束形成的性能进行了分析和改进,并提出了一种快速的实现方法。该虚拟阵列的构造方法能同时保留时间信息和方位信息,用于自适应波束形成中,可以改善波束图形状,提高阵列增益,对抗超自由度干扰。计算机仿真验证了该方法的优越性。     

一种小型S波段无源相控阵天线及其在小卫星上的应用

为满足卫星平台小型化、低功耗、高集成度设计要求,提出一种新型的小型化S波段相控阵天线,用于卫星与中继星返向测控链路建立。通过优选体积小的四臂螺旋天线为天线阵元、对天线阵列规模和间距进行优化设计、优化天线波束区域划分、采用新型时延网络代替传统移相器、在单片集成芯片上实现复杂波控算法等多项关键技术,设计并实现了一个小型化、高增益、低功耗的无源相控阵天线。实测数据表明,该相控阵天线在波束覆盖范围内阵列增益可达7d Bi以上,天线阵列重量仅250g,在达到相同发射EIRP指标条件下,对整星功耗需求仅为采用传统中继发射天线时的40%。     

ADC性能对宽带数字阵列遥测系统接收通道增益设计的影响分析

针对数字阵列在大带宽、高动态、多目标遥测系统上的应用,分析宽带数字阵列遥测系统与传统高增益天线遥测系统在设计上的区别,详细分析影响接收通道增益设计的主要因素,重点就ADC器件性能对通道增益设计的影响进行了分析。通过计算仿真信号在经过ADC以及数字波束形成的过程中,ADC器件自身信噪比SNR和无杂散动态范围SFDR两个重要参数给接收信号信噪比带来的恶化,给出了数字阵列遥测系统中通道增益设计的门限值。     

小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线

为适应星载天线小型化、宽带、高性能的发展趋势，提出一种小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线。通过在H面扇形喇叭口处加入曲折线圆极化器实现天线圆极化，将传统平面圆极化器变为半圆柱形，天线的包络尺寸减小近36%。同时，在喇叭口处增加介质透镜，在有限尺寸内将球面波调节为平面波。半圆柱极化器和介质透镜的设计可共同调节入射波束角度，提升天线的宽角波束覆盖性能。利用CST软件建立模型进行仿真，仿真结果表明：天线结构紧凑、波束覆盖范围宽，俯仰面大于11.3dBi的增益覆盖范围达90°。半圆柱极化器的设计为星载天线的小型化、低成本设计提供新的思路。     

相控阵雷达扫描波位和扫描时间的设计与优化

详细讨论了在相控阵雷达设计中扫描波位如何确定的问题。扫描波位的确定原则是使雷达系统既满足一定的检测概率和作用距离，又能在最短的时间内扫描整个空域。这就必须在波位驻留时间和平均增益损失等因素之间进行折衷。为了进一步节省扫描时间，还对如何利用数字波束形成（ Ｄ Ｂ Ｆ） 技术实现优化进行了探讨。     

DSP技术在智能化引信中的应用

为提高无线电定高引信性能，将高速数字信号处理器(DSP)、复杂可编程器件(CPLD)、可编程门阵列(FPGA)和直接数字频率合成(DDS)等，应用于引信的时序产生、控制和信号处理电路。在不同空域采用变换时序和发射脉冲宽度的方法，可同时保证引信的灵敏度和相对精度。特别是在超低空时，充分利用微波泄漏信号和DSP的数字信号处理功能，能使定高引信在发射脉宽相同的情况下，获得更好的定高精度和超低空特性，并具有实时适应性和智能性。     

套筒天线组成的宽带干涉仪测向圆阵研究

为提高宽带干涉仪测向圆阵性能,首次提出了利用套筒天线代替常规加载宽带偶极子作为测向阵列单元.利用Fourier变换结合矩量法分析了套筒天线组成的测向圆阵的电磁特性,并利用HFSS软件对部分仿真结果进行了验证.在得出阵列电磁特性的基础上再运用基于空间距离的相关数据处理方法统计分析了测向圆阵性能.研究结果表明,相对于常规测向圆阵,由于套筒天线构成的测向圆阵增益高、消除了广义谐振现象,使测向圆阵的灵敏度、测向精度均得到较大提高.相应地模糊度减小、稳健性能增强.     

阵馈聚焦镜像双反射面有限扫描天线研究

文章分析了Ka波段阵馈聚焦镜像双反射面天线的构型及辐射特性,其通过聚焦椭球副面实现阵面口径到主反射面口径映射,得到了较大口径的等效相控阵。仿真表明等效阵单元方向图呈现良好的平头（Flat—top）特性,能较好地抑制栅瓣。文章基于等效阵元场叠加的概念,采用共轭场相位匹配结合泰勒幅度加权对远场方向图进行叠加,得到了高增益、低副瓣的扫描效果。     

UltraFlex太阳电池阵的结构优化

以提高圆形太阳电池阵的展开过程稳定性和固有频率为优化目标，以UltraFlex太阳电池阵为模型，采用有限元软件SAMCEF对其进行结构优化。以承重梁材料、斜梁开口高度、斜梁位置、梁截面高度及厚度5种结构参数为优化变量，进行了多种工况的展开动力学仿真和模态计算。经分析发现，结构展开后期太阳毯与支撑梁拉扯会导致支撑梁剪切应力激增；梁材料、斜梁位置与支撑梁截面高度对太阳电池阵的展开过程稳定性影响较大；当梁材料为碳纤维，斜梁位置为1100 mm，梁截面高度为20 mm时，展开过程稳定性最好；斜梁位置和承重梁截面厚度对结构固有频率影响较大；当斜梁位置为900 mm或1100 mm、承重梁截面厚度从3 mm增至3.5 mm时，系统固有频率涨幅最大，由此带来的质量增加可以接受。     

星载合成孔径雷达天线的工程设计

介绍了星裁合成孔径雷达(SAR)固态有源相控阵天线工程设计的基本方法。根据性能要求，对相控阵天线进行了阶梯幅度量化，以减少T／R组件的品种数。采用相位加权改变仰角的波束宽度，给出了方向图的仿真结果。对相控阵天线的阵面误差、天线增量、最大副瓣电平和波束指向误差进行了近似计算，并给出了详细的计算结果。     

支持径向交会对接任务的宽波束中继方法研究

针对神舟飞船和天和空间站径向交会对接形成组合体的工作模式下，神舟飞船宽波束中继S终端对中继卫星视场缩小导致测控覆盖率降低的现象，提出一种基于组阵和时空分集技术的宽波束中继S链路的设计构想，通过在天和空间站宽波束中继S终端内部增设功分器和合路器，以及在组合体径向对接口的对接总线内部增设高频电缆。利用天和空间站的宽波束中继S发射天线和接收天线，传送神舟飞船的宽波束中继S信号。神舟飞船宽波束中继S终端，同时接收和处理组合体对接总线内部高频电缆和神舟飞船I/III象限收发的宽波束中继S信号，解决了中继卫星过顶遮挡导致的测控覆盖率降低的问题，提升了链路可靠性。经仿真分析，相比单独工作模式，测控覆盖率提升了25.3%。对于接收链路，采用时空分集技术，对3个方向的宽波束中继S信号进行互相关解算和最大比合并，获得信号合并增益，有效提升了接收信号的信噪比和有效带宽。