基于遗传退火算法的数字阵列稀疏布阵

应用遗传退火算法对32个数字阵列天线单元在64个位置进行了稀疏布阵,将单元间距和激励作为优化变量,在控制主瓣形状的同时,改善了阵列的副瓣电平,提供了更多的自由度来控制稀疏阵列的性能。结果表明,全局优化峰值旁瓣可低至-26dB,遗传退火算法能够避开遗传算法在搜索过程中的早熟收敛。     

混沌免疫算法应用于超低副瓣天线阵优化研究

文章分析了六角形排列的平面阵列天线的远场分布,介绍了基于混沌理论的混沌免疫算法,结合六角形平面阵列天线实例及超低副瓣要求,给出了基于该算法的阵列天线方向图优化方法,得出了超低副瓣方向图。仿真结果表明,混沌免疫算法收敛速度快,搜索效率高,具有良好的应用前景。     

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。     

基于系统函数优化的非规则天线阵列综合孔径辐射计亮温反演算法

为改善非规则天线阵列综合孔径辐射计反演图像质量,提出了基于系统函数优化的亮温反演方法。通过优化非规则天线阵列的系统函数,消除单元天线非规则排列对系统性能的影响,并在优化过程中引入正则化,稳定反演图像。为补偿正则化引起的反演图像质量损失,在反演算法中引入了迭代运算。仿真结果表明:所提出的反演算法能有效改善非规则天线阵列综合孔径辐射计的亮温反演图像质量,可应用于基于小卫星编队的分布式综合孔径遥感图像反演中,并能为基于小卫星编队的分布式综合孔径阵列优化提供理论基础。     

单脉冲平面阵列天线误差分析

文中介绍波导宽边纵向缝隙构成的单脉冲平面阵列的设计结果。以１４×１４元平面阵列为例，分析单脉冲阵列天线主要组成部分的误差对天线性能的影响。计算分析了缝隙位置与长度的加工数据的误差，馈电（和差器）的幅度、相位误差，馈电缝阵的误差，以及工作频率等对方向图的影响。文中计算和分析结果与实验结果吻和较好，误差分析结果可作为该类天线对加工公差要求和实验分析的依据     

圆柱体上的印刷振子阵列天线

该文给出了两种小半径(r=1.5λo)圆柱体共形印刷振子阵列天线的设计和测试结果。这两种阵列天线的单元振子有不同的取向:一种取为轴线方向;另一种取为圆弧方向。首先将单元振予印刷在一柔软薄基片的两侧,然后将其包裹在金属圆柱体的蜂窝状绝缘层(ε_r=1.1,h=0.15λo)上。该结果具有较宽的频率、较弱的表面波以及较低的寄生辐射损耗的特点。所得结果表明,圆柱体共形印刷振子阵列天线具有与平面阵列天线相近的辐射效率,且实验结果与理论分析结果符合良好。     

非模糊测向阵列设置算法研究

根据平面天线阵列模糊基本概念,讨论了一种设置非秩1模糊阵列的方法。给出了不为秩1的判断定理。仿真结果表明：该法可行且具一定的实用价值。     

基于可重构寄生阵列的封闭空间微波能量传输

针对航天器内部空间等封闭环境下电磁波的多径传播特性和阵列天线单元间的耦合效应,本文研究采用寄生阵列,通过控制寄生阵列单元负载的电抗实现高效率微波无线能量传输的方法。通过多端口微波网络建模,分析了寄生阵列天线方案相较于传统相控阵天线方案的能量传输性能和效率最大化机理。设计实现了基于射频开关切换的可调反射负载,并在此基础上形成了寄生阵列反射负载自动控制系统和传输效率优化程序。基于该系统和程序,在1m 边长立方体的金属边界封闭空间实验环境下,测试了不同单元数可重构寄生阵列无线能量传输的性能和快速优化方法。测量结果表明增加寄生天线单元数目能够显著提高能量传输效率,从而提供了可重构寄生阵列传能技术实用化的一种有效途径。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

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。     

一种用于平面单脉冲天线馈源的宽带微带天线阵

在某型宽带平面单脉冲天线系统的研制中,采用了多层四元微带天线阵作为馈源,运用T型功分器和威尔金森功分器设计了一个一分四路的功分器作为阵列的馈电网络,并利用商业软件HFSS对整个阵列进行了仿真和优化设计。通过实验测量,该天线阵的阻抗带宽达到了24．8％,在工作带宽内,方向图特性良好,满足了系统的设计要求。     

基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法研究

线阵SAR是一种新型雷达三维成像技术。由于实际中线阵天线长度有限,基于匹配滤波的传统线阵SAR成像方法不仅需要大量的阵元数,而且在切航迹向的分辨率也较低。结合三维场景空间目标的稀疏特征,提出一种基于压缩传感理论的高分辨线阵SAR三维成像方法。相对于传统匹配滤波线阵SAR三维成像方法,本方法只利用少量的稀疏天线阵元回波对切航迹向的稀疏散射目标进行L1范数优化重构,大大抑制了切航迹向旁瓣影响并显著提高分辨率。最后,通过线阵SAR点目标仿真三维成像表明了本文算法的有效性。     

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。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如：通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

适用于通信信号盲源分离的 分离条件数学建模方法研究

针对使用盲源分离技术分离卫星通信信号的数学假设工程实施问题,重点对分离条件中的数学假设混合矩阵列满秩展开研究。根据最优化理论,提出了一种适用于通信信号盲源分离的分离条件数学建模方法。首先,介绍了盲源分离的分离模型与基本假设;其次,选择矩阵条件数来衡量混合矩阵的正定性,并结合阵列天线接收模型,以矩阵条件数为目标函数,建立最优化模型,寻找最优天线间距;最后,以两个信号源、两个接收天线为例进行仿真。仿真结果表明：所建立的优化模型可以有效找到最优天线间距,通过设计合适的天线间距可以有效满足混合矩阵列满秩条件。最优天线间距与载波频率成反比。该建模方法有效将抽象的数学假设转化为具体的天线间距设计,加强了盲源分离技术的可实施性,为大规模的盲源分离天线阵列设计提供技术支撑。     

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。     

宽带多功能阵列模块化校正技术

针对宽带多功能阵列一致性校正中的瓶颈问题，设计了一种串馈与并馈相结合的模块化同步校正方案，适应宽带阵列通道数多、布阵规模大的特点，兼具经济性与灵活性，既能够有效控制馈线网络规模，又便于天线阵列系统的模块化和标准化制造。     

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。     

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。