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。     

可扩充深空天线组阵技术研究与试验验证

远距离高速通信始终是深空探测活动面临的重大挑战,建设大口径天线在技术上已经接近能力极限。天线组阵技术是将多个天线组成阵列,通过时延对齐、相位修正和权值估计将各个天线接收的信号进行合成,达到提高信噪比(SNR)的目的。该技术可以大大提高接收能力,是在射频范围解决深空测控通信问题的重要途径。其中,基于Sumple算法的全频谱合成(FSC)技术在解调前进行信号合成,能在极低SNR条件下实现最佳的系统性能。为了验证该技术的工程应用可行性,在国家高新技术发展计划支持下,突破微弱信号FSC技术,构建4×12m天线组阵试验系统。2010年10月,成功利用嫦娥二号(CE-2)任务开展天线组阵技术验证试验。试验结果表明,构建的4×12m天线组阵系统能够接收并合成CE-2卫星下行信号,合成效率优于90%。     

火星探测天线组阵数据接收技术研究和验证实验

为了满足我国首次火星探测任务的需要，确保探测器有效载荷科学数据的顺利下传，将采用天线组阵的方式进行数据接收。天线组阵数据接收技术在航天工程中的应用国内尚属首次，为此开展了信号合成方法和处理流程的研究，提出了利用模型计算和基于科斯塔斯环的搜索估计相结合的初始时延和多普勒频差快速估计方法。利用现有的密云站50 m天线和昆明站40 m天线，以嫦娥3号着陆器数传信号为实验对象，开展了天线组阵与数据接收技术检验实验。研究和实验结果表明，全频谱合成方法优于符号流合成方法，其合成损耗小于等于 0.45 dB ，可用于我国首次火星探测任务天线组阵的信号合成；初始时延和多普勒频差快速估计方法可提高广域组阵信号互相关的搜索效率；所确定的信号合成技术流程和数据处理方法可用于后续信号合成软硬件设备的研制和开发。     

天线组阵中基于SUMPLE算法的故障天线分析

在大规模天线组阵中,故障天线所引入的噪声会增加阵列的合成输出损失,而在低信噪比下难以用信号检测算法判断组阵天线是否存在故障。针对该问题,在分析故障天线对信号合成影响的基础上,本文提出一种基于SUMPLE算法的权值幅度修正方法实现天线增益分析,并分析了修正因子对降低故障天线影响的有效性。理论分析与仿真结果表明,权值幅度修正算法能明显降低故障天线的权值幅度,减少了合成增益损失,有利于在大规模天线组阵中故障天线的检测,具有重要的工程应用价值。     

非均匀天线组阵SUMPLE权值信噪比及信号合成性能分析

SUMPLE相关算法是深空网天线组阵中信号合成最重要的方法之一。将SUMPLE权值估计信噪比的计算方法由均匀天线阵推广到非均匀阵,给出了非均匀阵合成损失系数的计算公式。理论分析与仿真结果表明,在非均匀阵SUMPLE合成中应对权值幅值进行修正,以使其满足最优合成条件。充分利用现有的大型射电望远镜,在其周围建设若干小口径天线进行组阵,可以获得比单纯由小天线组成的均匀阵更好的合成性能,且具有更强的微弱信号适应能力。
     

深空网异地多天线组阵及其发展

我国即将开展以火星探测为代表的深空探测,深空任务对测控通信信噪比的要求越来越高。异地多天线组阵可以利用已有天线设施进行信号合成,从而提高接收信号的信噪比。论述异地多天线组阵的概念,介绍国外异地多天线组阵的发展情况,阐述我国天线组阵技术的发展趋势,并对异地多天线组阵技术在我国深空探测中的应用进行展望。     

新型圆极化全向对称振子天线

提出一种新型的圆极化全向天线,其仿真在12%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.25dB,圆极化轴比小于4.2dB,增益大于1.3dB。测试结果表明,在39%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.4dB,圆极化轴比小于6.5dB,比较容易组阵。这种天线在个人通信系统和地面控制系统中有较强的实用价值。     

天线组阵中相位差的递推最小二乘估计与滤波

相位差的估计精度是影响深空网天线组阵中信号合成性能的关键因素。利用天线组阵S UMPLE或SIMPLE相关算法中相位差估计值之间的几何关系,提出了相位差变化率的最小二乘 估计,并在此基础上提出了相位差的递推最小二乘滤波方法。经过理论分析和仿真实验表明 ,所提出的方法能够大大提高相位差的估计精度;对于给定的例子,估计精度提高了接近两 个数量级。相位差经滤波后,天线阵的信号合成性能显著增强,从而大大提高对深空通信中 微弱信号的数据接收能力。
     

Ku波段高增益波导缝隙阵列天线

文章设计了在Ku频段窄边开缝的行波阵波导缝隙天线。首先设计了单根的开槽缝隙天线,其增益可达23.69dB以上,在方位面波束宽度为1.4°,副瓣电平均低于-15dB。64根开槽缝隙天线组阵后能够在4%的带宽内实现增益大于41.88dB,波束宽度在1.4°左右,副瓣电平均低于-13dB。仿真与测试结果均可以表明,该天线能够在Ku波段实现高增益和低副瓣、指向性好,并具有低剖面的优点。     

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。     

天线组阵信号合成技术的研究

介绍天线组阵信号的几种基本合成方案和相关算法,对其进行软件仿真分析。重点研究全频谱合成方案,进行了软硬件仿真试验。结果表明,全频谱合成方案的合成效率可以达到90%以上。     

深空通信天线组阵关键技术及其发展趋势

天线组阵是未来深空通信中的重要发展方向之一。本文介绍了天线组阵的发展历程,重点讨论了组阵中的关键技术,包括阵址选择、阵元口径和数量设计、阵构型设计以及信号处理的方法,分析了上述技术对组阵性能的影响。最后,探讨了天线组阵的发展趋势。
     

马刺狭孔用于Wilkinson功分器高次谐波抑制的研究

文章提出了一种新型的非对称马刺狭孔结构,该结构具有可调控的双带隙特性,并提出基于LCR谐振器的该马刺狭孔的等效电路模型,建立了通过电磁仿真结果提取其电路参数的方程。采用RBF神经网络建模来辅助设计双带隙马刺狭孔,将该马刺狭孔用于Wilkinson功分器高次谐波的研究。实验结果证明,Wilkinson功分器的二次谐波和三次谐波分别降低27dB和34dB。该功分器在3．8GHz处反射系数为-3．5dB±0．3dB,在3．12GHz时为-3．7dB。     

一种Ku频段全向高增益天线设计

提出了一种工作于Ku频段的宽频带、高增益和H面全向的新型共面波导（CPW）的中心导体和左右地板交叉连接耦合馈电天线结构设计。csTMws。软件仿真结果表明,该结构在具有较小尺寸的同时,能够有效展宽工作频带和提高增益,并保持天线的全向性。利用CSTMWS。软件对天线表面电流的仿真,解释了天线具有宽带和全向高增益辐射的原因：终端加载的三角形单极天线引起CPW中心带条的电流为行驻波电流,使天线获得了较宽的阻抗带宽;10个天线辐射单元的表面电流近似等幅同相,使天线获得了全向高增益的性能。研制出了工作在Ku频段的CPW交叉连接耦合馈电天线并进行了测试。天线印刷于厚度为0．5mm的FR-4环氧树脂板上,其反射系数低于-10dB时的频带为12．4～13．5GHz,相对带宽达8．5％,H面全向最大增益为6．6dBi,表明测试结果与仿真结果吻合较好。整个天线的尺寸仅为81mm×6．1mm,可应用于Ku频段的通信系统中。     

一种基于二次组阵的DOA估计方法

提出一种基于二次组阵的信号到达方向估计方法，在阵列中通过划分相互重叠的子阵对指定的空间区域进行空域滤波波束设计实现对空间信号的干扰抑制，提高期望信号的信干噪比。根据子阵间的位置关系对阵列进行二次组阵，用空间谱估计方法实现对各子阵输出期望信号的到达方向（DOA）估计。仿真结果表明：与常规谱估计方法相比，基于二次组阵的DO...     

一种新的双频圆极化器的设计

极化器是天线馈电系统中的重要部件。文章设计了一种新的双频（ C频段,5.15~5.25 GHz,6.7~7.075 GHz）四脊波纹方波导圆极化器,该圆极化器的端口驻波小于1.14,工作带宽内轴比小于0.42 dB。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8~16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

基于实时引导修正的大口径天线对星快速校相方法

对测控站中快速校准和差通道相位的方法进行了原理分析,以18 m口径天线为例,论证了在X频段下大口径天线的空间波束相对于S频段更窄,利用X频段空间目标进行快速校相时需要天线系统提供更高的指向精度来满足校相时的角度偏置处于主瓣内.通过分析抛物面天线的指向误差源和模型,提出了基于该模型进行目标引导数据误差反向修正的工程应用方...