面向空间太阳能电站应用的超大规模天线阵列模块尺寸与姿态偏差效应分析

空间太阳能电站微波能量传输需要具备超大规模的相控阵列波束形成和超高精度的波束指向控制能力。采用大尺寸的基本相控电单元能够缩减天线阵列规模和微波发射通道数目,从而显著降低微波能量发射系统的构造和组装成本。然而,相控单元的尺寸越大,对天线模块的结构刚性和姿态控制精度要求越高。基于天线阵列的结构化构型设计,提出超大规模回复反射阵列的结构模块和相控电单元的尺寸分析模型,推导得到结构模块姿态偏差、电单元尺寸要求和能量传输效率的近似关系及其解析表达式,可供作为空间太阳能电站微波传能天线阵列及其波束控制方案设计的参考依据。     

有源电扫阵列雷达系统特征

根据与代表法国、德国和英国国防部的法国当局所签订的合同，GTDAR（GEC　Thomson　Dasa机载雷达EEIG）着手进行的欧洲AMSAR（机载多重角色固态有源阵列雷达）研究项目的研究目的是验证机栽雷达系统AESA（有源电扫阵列）的能力。 AESA给人深刻印象的技术优点有：使用收发模块（TRM）灵活设计的天线、天线的小安装厚度和TRM的低RF损失。根据这些特征，可以实现机载雷达系统的新设计原理。因此，有可能设计出多面阵列，并使它们最适于飞机上的工作要求和安装限制。而且，应用AESA技术，能灵活组合收发模块，形成接收时具有自适应波束方向图的子阵列。本文简述多面阵列的多种构成可能性和有源电扫雷达系统所具有的能力。 本文最后将给出AMSAR项目计划要验证的多面阵列能力。     

为满足有源相控阵天线特殊测试要求而建造的天线测试紧缩场

微波仪器技术公司（MI技术公司）与Hollandse SignaalapparatenB．V．（Signaal）公司和荷兰皇家海军合作，设计并建造了天线测试紧缩场，专门解决有源相控阵天线的特殊测试要求。在引荐给世界各地的海军舰队之前，特别建造了紧缩场，测试Signaal公司的新有源相控阵雷达（APAR）。这种可逆（双向）天线测试紧缩场（CATR）容许在发射与接收两种模式下测试天线。测量硬件能测试动态范围很高的连续波和脉冲波两种波形。除对天线方向图进行一般测量以外，该系统还能测量EIRP、G／T和G／NF，并为孔径重构提供分析软件。设计并制作了特殊的天线接，口单元（AIU），用以与控制上千个收发模块（构成APAR天线系统）的波束操纵计算机通信。安装了特殊的高功率吸收栅栏和其他保护设施，用以处理从APAR天线系统送出的发射能量。     

多功能宽带阵列的设计

采用新设计、研制的宽带辐射元和宽带单片微波集成电路（ＭＭＩＣ）验证了工作在Ｃ、Ｘ和Ｋｕ波段的高性能有源阵列，先进的共用孔径计划（ＡＳＡＰ）探索了能够同时具有或分时交替完成雷达、电子战及通信功能的宽带多功能阵列。在计划执行过程中完成了两个回合的辐射元和发射／接收（Ｔ／Ｒ）模块设计。本文归纳了辐射孔径设计方法、整个阵列的概念和目前的设计技术和性能。     

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%。     

用于新型共形相控阵雷达模块的结构和互连技术

高集成度的收发模块是现代有源相控阵雷达的关键器件。本文描述了一种X波段、带有集成辐射器和环形器的新型收发模块的结构和相关的互连技术。利用这种结构和互连技术，将来可以实现具有小安装厚度的平面或共形有源阵列天线，而且同时具有很高的可维修性。     

超高动态范围雷达的光纤远距离信号传输

我们率先验证了具有超高动态范围的Ｘ波段雷达的光纤远距离信号伟输，并证明光子元件能达到现代雷达远距离信号传输所需的严格相位噪声要求，设计并建立了光纤链路，用于ＡＮ／ＳＰＱ－９Ｂ先导研究型雷达的天线和发射机的远距离分置。测试结果表明：传输链将能在发射和接收结构中进行成功的远距离传输，而且不会明显地降低所测得雷达的８７ｄＢ的后各界信噪比。结果验证了光子技术用于有源阵列雷达发射机／接收机模块的远距离信号传     

星载合成孔径雷达天线的现状与发展

介绍两种典型的星载SAR天线；SIR－C成像雷达的有源微带相控阵天线和Radarsat-1的波导缝隙相控阵天线。报导了近年来星载SAR天线在多波段、多极化阵列天线，集成化、固态化、模块化有源相控阵天线，超轻型充气式阵列天线和双波段、双极化共孔径阵列天线等方面的研究进展，并给出了一些天线的参数。     

机载有源相控阵天线的收／发组件

简述了国外机载相控阵火控雷达的研制情况，比较了无源及有源阵列天线的性能，提出有源相控阵是机载火控雷达的发展方向。侧重介绍有源相控阵的关键器件－固态收／发组件的技术发展状况，     

光控相控阵天线

研究了迅猛发展的新的相控阵理论和技术厦其前景，其中涉及控制相控阵天线的光纤和光电技术。在相控阵天线中光学图像形成和扫描保证实时（PMB）形成一维或二维、连续或色散的单波束或多波束方向图（RH），并且保证对不同辐射频率的最大方向图的方向进行无波动扫描。采用光学图像形成电路（Roc）的相控阵天线，在超宽瞬时通带（～1GHz）中既能以连续方式也能以超短脉冲（脉宽～1ps）方式工作于发射状态和接收状态。     

星载反射器无线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描，可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计；其31单元辐射阵和波束形成网络的制作；通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后，证明可实现48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

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。     

多通道相控阵天线数字波束合成技术及实现

本文针对多通道相控阵天线数字波束合成的需求，研究多通道阵列波束数据采集和实时处理技术，实现了基于FPGA的多通道数字波束合成系统，完成了对16路阵列信号的数据同步采集、方向图波束合成、数据快速传输与实时处理。实验结果表明:该技术具备良好的工程可实现性，且实验系统工作稳定，合成的方向图各项指标能真实地反映多通道相控阵天线的性能优劣。     

新一代通信卫星的星上天线系统发展趋向

单址对多址和多址对多址的卫星通信需要经济有效地利用星上电源和带宽资源,这势必要采用诸如仿形波束(Contoured Beam,或译等电平波束)、多波束(Multiple Beam)和波束跳跃(Beam Hopping)天线等先进的天线方案。本文将讨论这些天线的优点。在重点讨论反射器天线构造的同时,也述及诸如相控阵、成象反射器和有源天线等各种硬件。     

多波束天线阵方案述评

遥测天线有时要求有几个波束以便跟踪多含目标。有许多方法可以得到多波束,包括多波束天线和相控阵天线。本文对选用相控阵天线实现多波束作简要评述。平面阵(可提供宽角覆盖)包括共馈源独立多波束、分部结构独立波束和使用 Bulter波束形成器以及 Gent-Rotman 波束形成器获得的多波束。共形阵包括圆柱阵,锥形阵和球面拱形透镜。     

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。     

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。     

机载有源相控阵雷达收／发组件的设计

本文概述了研制机载有源相控阵雷达５瓦／发组件的有关约束条件、设计方案和工艺技术。用实例说明国际研究局在设计和加工原型组件中使用的一些关键技术，着重介绍ＤＲＡ设计的适用于发射级的４瓦单片微波集成电路（ＭＭＩＣ）功率放大器。讨论了随着加工技术的进一步发展，组件所能获得的潜在优点。     

微波／毫米波相控阵中使用的光纤

低成本、高性能的光纤中继线和光纤器件已在阵列天线中用于远距离搜索和假目标识别波束形成以及其它一些用途中.先进的微波/毫米波(M/MMW)卫星通信、电子战和雷达系统都采用相控阵和旁瓣补偿天线,以降低噪声和提高抗干扰能力.这些天线都需要配有移相器、延迟线和用于波束形成、换向、消除的成套设备,以提高扫描灵活性,降低空间波瓣和减少主功     

矢量调制器在星载相控阵天线中的应用

精确的相位调制技术是星载毫米波有源相控阵天线最关键技术之一。传统的数字移相器构造较为复杂,尺寸较大,相位调制特性有局限性,不是高工作频段、宽扫描角星载相控阵天线发展的最优选择。文章提出采用单片矢量调制器来代替数字移相器及数字衰减器,利用电压来控制矢量调制器的相位调制,提高了相位调制性能,同时具有结构简单、尺寸较小等优点。在此基础上设计了星载毫米波段有源相控阵天线,并且实现了精确的二维波束扫描功能,验证了矢量调制器在星载毫米波有源相控阵天线中应用的技术可行性。