星载多波束相控阵天线设计与综合优化技术研究

针对采用CDMA协议的低轨通信卫星,设计一个19阵元7波束的六边形平面阵天线,克服了卫星波束大角度扫描带来的"边缘问题"和"远近效应"。采用粒子群优化算法分别对正六边形天线阵列进行综合优化,优化过程采用基于空间分裂的优化策略,极大地简化了波束赋形的参量数目。数值仿真结果表明,方向图各项指标均符合设计要求,有效地验证了天线设计和算法的正确性。     

一种宽带相控阵列天线的设计

设计了一种宽带宽角相控阵天线单元,该天线单元采用指数渐变开槽天线形式.依次给出了该天线单元的仿真设计和阵列波束扫描性能,从仿真中可以看出,该天线在3倍频程带宽内具有良好的匹配和辐射特性,并且能实现大角度二维扫描.该天线单元具有频带宽、体积小、结构简单等特点,适于用作宽带宽角扫描相控阵天线的阵列单元.     

扫描波束缝隙阵列天线方案设想

扫描波束缝隙阵列天线是一种相控阵天线,采用寄生振子实现波导缝隙天线的圆极化辐射,全金属结构可以承受恶劣的温度环境。每副天线可实现±45°一维扫描,两副天线组阵再辅以卫星自旋,可以实现全空间覆盖。此天线的优点是扫描范围宽、重量轻、结构紧凑和能在极端温度下工作。文章介绍了该天线的技术特点、方案设计和仿真分析结果。     

低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术

对低轨通信卫星星载天线阵的多波束形成中的阵列天线结构、射频通道一致性校正,以及数字波束成形等关键技术进行了研究。给出了天线的辐射单元和阵列结构设计,根据通道接收机结构用幅相一致性模块校正通道幅相失配,通过遗传算法确定数字多波束成形网络的加权系数。研究对多波束样机研制有较大的应用价值。     

基于子阵级非周期的有限扫描阵列研究

对基于子阵级非周期的有限扫描阵列进行研究,采用数值仿真和遗传算法对基于不同子阵规模的非周期阵列进行优化设计,分析4?4和2?2两种子阵规模对接收多波束应用中伴随波束方向图的影响,研究表明子阵规模过大会引起伴随波束方向图的旁瓣抬升,通过减小子阵规模可以避免该问题,论证了设计的基于2?2子阵的非周期八角阵可应用于有限视场扫描相控阵中。     

一种校正阵面天线单元馈电的方法

文章从一种阵面波束赋形天线单元馈电分析与实测结果比较出发,结合阵列天线工作和测试原理,给出了比较分析结果,并提出了阵面天线除了在生产过程需确保每个单元的馈电满足设计要求外,还需对天线阵面的每个辐射单元进行实际幅相检测,以消除和校正可能存在的误差。     

雷达系统中最少阵元的天线阵对多重干扰的抑制

1 前言 自适应天线阵因其能有效抑制由主天线方向图旁瓣所接收的强干扰信号，已被广泛用于许多先进的雷达、声纳和通讯系统。在抑制干扰的自适应天线系统中，通常设定阵列是由均匀间隔的阵元组成，并要避免天线方向图中的混淆或栅瓣；设定阵元之间的间隔为波长的一半（λ／2）。其阵元假设相同且为全向的这一阵列结构，称作均匀规整阵列（URA）。然而完全自适应URA的成本和复杂性对于要求大量阵元的某些应用来说是不可能的。     

便携式卫星终端全空域共形数字阵列设计

针对便携式卫星终端要求的全空域多目标跟踪能力,基于终端外形设计了一种圆台结构的共形阵列。该阵列由顶面的平面阵列和侧面16条棱面围成的台体构成,顶部平面阵列产生的波束覆盖上半空间的大仰角区域,侧面的16条棱面则负责小仰角区域的波束覆盖。与球面天线相比,圆台阵列在工程实现和波束增益方面具有一定优势。分析了圆台阵列在全空域的增益性能,并考虑到实际应用中的遮挡效应,对空域进行了划分,不同的空域使用圆台不同方位的阵元进行数字波束形成。理论分析和仿真结果表明,圆台共形阵列全空域增益波动较小,性能良好。     

基于Pillbox结构的W波段电扫描反射阵天线设计

设计一种基于Pillbox结构的W波段电扫描微带反射阵天线,它由加载在双平行板(pillbox)内部的角锥喇叭馈源和微带阵列天线构成。采用1×2缝隙耦合微带作为反射阵元,利用HFSS软件集总RLC边界条件设置等效电路模型,实现了加载PIN二极管的微带阵元建模。通过切换PIN二极管的偏置状态,在94GHz频率处实现了1bit数字移相。整阵仿真结果表明,设计的Pillbox反射阵天线在92GHz~96GHz频段内,可实现±40°一维扇形波束电扫描,扫描状态下全频段反射驻波比小于1.8。     

合成孔径雷达及雷达制导导弹跟踪与探测用Ku波段宽频带平面相控阵天线

介绍了包括功率合成器和匹配网络在内的1×2、1×4和1×8子阵列天线以及8×8平面相控阵天线的完整设计、仿真与实现。阵元是U形缝矩形微带贴片天线阵元，该贴片天线阵元采用了孔径耦合馈电技术，它在17．75GHz中心频率时的阻抗带宽超过了20％。在分析过程中采用了矩量法（MoM），用的是先进设计系统（ADS）软件包中的安捷伦矩量工具。在效率约为80％的情况下，1×2、1×4和1×8子阵列分别获得了约9dBi、12dBi和14dBi的增益。在16～18GHz的频率范围内，所有子阵的回损都好于-10dB，这保证了较好的阻抗匹配。比较1×8子阵列的测量与仿真增益辐射方向图，发现它们吻合良好。开发出的这些子阵列天线及平面相控阵天线适用于各种雷达，包括合成孔径雷达（SAR）及雷达制导导弹的跟踪与探测用雷达。     

一种用于星载多波束相控阵的稀疏阵列

现有的技术较难满足星载多波束相控阵天线射频前端的通道间距,已有的研究工作大量集中在提高射频电路和芯片的集成度,提出采用稀疏布阵的方式来增加天线单元的平均间距,从而缓解现有技术条件下的高密度集成难题。设计了Ka频段八波束相控阵天线的稀疏布阵阵面,首先采用遗传算法优化设计64元稀疏子阵,子阵增益在±60°扫描范围内大于18.6dB,该子阵沿4个象限镜像对称,便于高效设计将不规则分布的天线单元端口与规则排布的R组件端口进行互连的带状线转接板,然后随机旋转、平移36个子阵拼接成全阵,在一定程度上打乱子阵分布均匀性,以起到栅瓣抑制的作用。该方法具有简单、高效、快捷的优点,稀疏阵列的设计结果基本能满足工程应用需求,适用于星载多波束相控阵。     

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...     

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。     

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...     

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%。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

GPS天线阵列盲信号波束形成研究

针对GPS的抗干扰应用,给出一种不需要先验信息的GPS阵列天线盲信号波束形成新方法,用来提高GPS接收机的性能。首先建立线阵和平面阵列天线的信号模型,然后采用子空间技术剔除干扰信号,并设计多波束形成器来增强整个角空间的GPS信号。在波束形成设计中,应用Dolph-Chebyshev加权法来得到最优的主瓣波束宽度和旁瓣水平。仿真实验表明,采用盲信号波束形成方法,无论是线阵还是平面阵天线,均可以在干扰方向形成有效的零陷,在其余的角空间内增强GPS信号,从而验证了新方法的有效性和正确性。     

基于特征空间重构的子阵级ADBF方法

为实现大型阵列天线子阵级自适应数字波束形成,提出了一种基于阵列特征空间重构的方法。对子阵协方差矩阵进行奇异值分解,分离出信号、干扰与噪声子空间对应的特征值以及特征向量,并对特征子空间重新分配,重构阵列特征空间,完成子阵级ADBF。与常规方法相比,该方法能够消除子阵级输出噪声功率不一致造成的阵列方向图畸变,减小协方差矩阵估计误差的影响。理论分析与仿真结果表明,该方法在子阵级波束形成以及抗干扰接收等方面具有优良性能。     

卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

研究表明：卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素,而卫星和接收机位置误差则影响甚微,其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0.1°,而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。     

一种基于移相插值方法的相控阵列天线波束形成网络

文章提出了一种移相插值网络方法,可以有效降低大型相控阵列天线馈电网络的复杂性;然后基于该方法设计了一种相控阵列天线的波束形成网络;最后对13单元的一维线性阵列和19单元的面阵进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。