遗传算法综合阵列的幅度和相位方向图

分析了阵列方向图分别为对称、实的或实的且对称时所对应的单元激励关系,简要介绍了遗传算法,并将其用于阵列方向图综合.遗传算法是一种自适应全局优化概率搜索算法,它直接以目标函数作为搜索信息.通过合理地设计目标函数,遗传算法不仅可以综合幅度方向图,还可以综合相位,适合于需要进行幅度和相位补偿的情况,以及多目标的情况.最后,结合平顶波束方向图与抛物面天线初级馈源的正割平方方向图进行综合,证明了遗传算法的有效性和灵活性,说明使用遗传算法时尽量利用方向图的实的或对称特性,可以减少待优化变量的数目,加快收敛.并提出将传统遗传算法与传统方向图综合方法相结合,可以进一步减少得到最优解所需要的进化代数.     

固定容差参数的阵列天线方向图综合法

研究了设计参数具有固定容差的阵列天线方向图综合法;给出了阵列天线方向图容差优化的数学模型;提出了求解容差优化最坏情况问题的离散化方法;建立了直线阵列天线容差区内误差任意分布的物理模型,并采用修正正多面体优化方法对激励幅度具有容差的侧射天线阵进行了综合。当设计参数偏离其标称值时,文中的综合方法可以使天线性能的偏差最小。     

基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系,该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布,然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征,采用交叉选取子阵激励的方法,确定各子阵单元位置,使得阵列天线单元激励能量均匀分配,从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL）,实现低旁瓣,同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明,通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法,通过控制各子阵主波瓣指向,能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。      

基于阵列天线波束形成的卫星导航信号提纯

围绕对卫星导航信号实施转发式欺骗所需的卫星导航信号提纯要求，提出了一种数字波束形成的优化设计方法。通过向阵列天线接收信号的数据协方差矩阵加载由非目标卫星方向信息和阵列布局构造的“虚拟”干扰信号协方差矩阵，增大了协方差矩阵特征值的差异。用新构造的协方差矩阵计算最小方差无失真响应波束形成的加权向量，使波束指向方向的目标卫星信号无失真通过，并同时零陷其他非目标卫星的信号。通过计算机仿真试验验证了所提方法的正确性和有效性。      

MC-CDMA中的RLS-DRMTA算法

多载波码分多址(MC-CDMA)系统是将OFDM技术与CDMA技术结合起来的一种综合技术.MC-CDMA系统中同信道干扰仍然是影响系统性能的主要因素,这就需要使用智能天线来提高系统的性能.介绍一种适用于MC-CDMA系统的自适应阵的盲算法递推最小二乘解扩重扩多目标阵列(RLS-DRMTA)算法,利用扩频码的信息进行波束形成,不需要训练序列,节约了频谱资源;与LS-DRMTA算法相比,RLS-DRMTA算法节省了运算时间;另外仿真表明在正交频分复用(OFDM)解调后进行波束形成,提高了系统的性能;为了降低系统的复杂度,还用到了载波分组技术,但分组技术又会降低系统的性能,所以分组时考虑了系统性能和运算速度的折衷.仿真结果表明RLS-DRMTA算法能使方向图的主波束对准信号方向,而在干扰方向形成零陷,从而达到抑制干扰的目的.      

有限元方法设计赋形波束缝隙面阵馈电网络

采用缝隙倾角变化实现幅度加权,采用等高但不等宽的波导实现相位加权,并设计了过渡段以减少反射,可以对赋形波束方向图面阵实现所需要的馈电.为了获得需要的幅度和相位,用有限元方法对缝隙单元尺寸、幅度激励和移相网络进行了数值仿真.通过调整几何尺寸来实现所需要的幅度与相位要求及阻抗匹配.最后给出了1个缝隙阵列天线的设计实例,发现理论计算的赋形方向图与实际测试结果在赋形波束主瓣内吻合很好.     

协同体制被动毫米波成像系统天线阵布局优化

针对人体安检应用中的高分辨率实时成像需求,分析了被动毫米波成像系统中相控阵体制与综合孔径体制的关系,结合两者优势提出了一种协同体制被动毫米波成像系统.针对水平方向相控阵体制布局,利用模拟退火算法进行优化,提出采用不同孔径喇叭天线作为阵列单元的方式提升阵列性能,并对主波束效率最大化及副瓣电平最平坦两种准则下的优化结果进行比较;针对竖直方向综合孔径体制布局,设计了满足基线不缺失条件的冗余度最平均稀疏阵列布局.仿真分析结果表明优化后的阵列天线结构可满足被动成像中提升功率测量信噪比(SNR)的需求.      

星载可展开天线波束指向测试方法研究

综合天线方向图测量和光学测量方法研究了天线远场测量和近场测量光学测试系统, 进而利用光学仪器测试了星载天线波束指向的两种测试方法. 望远镜结合天线远场测试系统能较准确地测试出天线波束指向. 同时, 提出了采用准直仪及波罗棱镜在天线平面近场测试系统测试波束指向的方法. 海洋二号卫星载荷校正辐射计观测天线波束指向的测试表明, 该方法是有效性和准确性的, 其可以推广至一般高增益天线测试.      

射电天文望远镜的焦面阵设计

为使射电天文望远镜的视场得到扩大,分析望远镜的视场时对天线的反射面提出共形网格剖分法,对物理光学法的常规计算方法进行了改进,使计算精度得到提高,且剖分网格少.采用改进的算法计算了WSRT望远镜的焦面场,并根据计算结果设计了WSRT望远镜的致密焦面阵结构;用共轭匹配法对阵列单元加权、计算相应的远场方向图,并与采用单个馈源时的远场方向图作比较.结果表明采用致密焦面阵能扩大视场并保证视场连续,增益也得到提高.      

空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站（SpaceSolarPowerStation,SSPS）的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。     

应用于制导系统弹载天线的研究

论述了弹载天线的圆极化形成机理,主要就弹尾方向天线辐射方向图的形成进行了设计和仿真,测量了天线的方向图,并进行了结果分析。     

形面精度可调节的单层索网空间抛物面天线

大口径高形面精度的空间可展开天线是未来航天器天线的重要发展方向之一。提出了一种新型形面可调节的单层索网空间可展开天线。通过对单层索网进行静力平衡分析,给出了单层索网天线的内力计算方法,并基于能量法,建立了单层索网天线的形状预测理论模型,实现了单层索网天线的三步法找形方法。基于理论分析结果,建立了50m口径的单层索网天线的有限元模型,通过有限元模型对建立的单层索网理论设计分析方法进行了验证,并验证了单层索网天线的形面精度及在轨调整的可行性。理论分析和有限元分析结果表明,单层索网天线拓扑构型简单,可通过改变天线中心轴的长度,实现天线形面的在轨调节。在100℃的均匀温差下,通过在轨形面调节,50m口径单层索网天线的形面误差可降低至5mm以下。     

有限平面上圆口径辐射场的数值分析

计算由TE₁₁模激励的圆波导末端开口所形成的圆口径天线的辐射场.首先利用等效原理和矩量法计算嵌在无限大金属板上圆口径的等效磁流分布,允许圆波导中有任意多个高次模式存在,利用傅里叶变换法求得其辐射方向图,然后把该辐射场作为有限接地板边缘的入射场,利用几何绕射理论(GTD)计算有限接地板对圆口径方向图的贡献,其中在焦散区及接近焦散区区域采用等效磁流法计算有限接地板的影响,给出计算公式及计算例子,部分结果得到了文献的验证.     

单脉冲环焦天线和差一体化设计

分析了单脉冲环焦天线差通道性能较差的原因,推荐了适用的和差口径分布函数,得出了所需馈源差方向图计算式, 提出了和差性能一体化设计步骤.为了验证理论方法的正确性,以3.5m变极化赋形单脉冲环焦天线为例,用本文提出的方法修改设计,使"和差矛盾"由6.5dB减为4.2dB,差方向图分离角由1.9°降为1.4°.因此, 使用特殊设计的单脉冲馈源可望将归一化差斜率提高到1.4.      

无人机定向天线自跟踪系统研究

为了满足无人机(UAV)远距离通信的需要,设计研制了以无人机位置信息为引导的地面定向天线自跟踪系统。基于实时获取定向天线载车位置、速度、方位和俯仰角等信息,实现了定向天线在运动中对目标进行自动跟踪的能力,提高了系统的机动性和隐蔽性。针对目前利用2点位置来计算目标角的方法存在需要通过相对位置才能确定实际目标角的不足,提出了一种不需要考虑2点相对位置就能直接计算出目标角的计算方法,为工程应用带来了方便。针对定向天线地面载车在机动时GPS信号容易受干扰,从而造成跟踪目标丢失,以及因无人机位置信息更新频率较低而造成的跟踪系统运动抖动、跟踪误差较大等问题,提出了一种基于速度对位置进行预测平滑的控制策略,有效解决了以上问题,并显著提高了跟踪精度。设计研制了定向天线自跟踪系统的软硬件,并进行了测试,结果表明:研制的定向天线具有机动跟踪能力和较高的跟踪精度,能满足无人机对定向天线自跟踪的需要。      

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求，提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术，实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率，抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化，最终实测结果表明，该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性，该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

Antenna pattern control of planar arrays for long distance communications

As an alternative to standard antennas and due to the advent of low-cost digital processors and materials, adaptive antenna arrays are increasingly considered for applications in long distance communications. The pattern beam control potentialities provide the performance improvement of the communication systems. In this context, this work presents a technique that permits to synthesize the antenna pattern of a planar array. Considering that the relationship between the array factor and the array excitations for the far field region is a Fourier transform in the appropriate variables, the non-uniform sampling procedure is extended for planar arrays. These arrays permit a further control of the antenna pattern since two dimensions of space are used. The technique considers a number of array factor points equal to the array size, which is used to impose appropriated values in the antenna pattern. The produced array factor passes through those points with the desired values, which allows the synthesis of antenna patterns with appropriated characteristics. The theory is presented in order to develop the necessary direct expressions to calculate the array excitation. The array factor can be obtained using the inverse Fourier transform. As application examples, with this technique it is possible to define the level of each sidelobe of the antenna pattern, to control the main beam and to impose nulls in prescribed directions of the pattern.     

考虑互耦和激励误差时智能天线波束形成

在考虑阵元间耦合和激励误差的情况下,讨论DS/CDMA(Direct Sequence/Code Division Multiple Access)系统中,智能天线的波束形成结果,并与理想情况进行比较.通过仿真数据结果可以看出,对于阵元间距为半波长的线阵,即使存在阵元间耦合和激励误差,智能天线产生的主瓣也可以对准目标,但其对其它多址信号的抗干扰能力有所下降,其中互耦的影响较大,表明要充分保持DS/CDMA系统的抗干扰能力需要计及互耦效应.      

分布式天线组阵优选设计

分布式天线组阵是指利用现有的天线资源,使用较低成本实现超大的天线口径。针对分布式天线组阵中,不同口径天线接收信号信噪比差异较大,任意天线是否均可引入天线阵中,加入较低接收信噪比的信号进行组阵合成能否提高最终合成信号的误码率性能等问题,提出了分布式天线组阵的优选准则。该准则依据载频、时延以及相位这三者估计算法的性能及其克拉美罗性能下界,证实当接收信号信噪比低于载频估计的异常值效应门限时,受载频差估计精度急剧恶化的影响,将该信号加入天线阵中进行合成将引起最终合成信号误码率性能的恶化。系统仿真算例验证了结论的正确性,为我国未来深空探测任务提供可靠的保障。