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.     

利用耦合实现相控阵平顶单元方向图的方法

提出了一种用于低轨卫星有限扫描相控阵的新型波导辐射单元。该辐射单元利用缝隙耦合实现平顶的单元方向图以解决有限扫描相控阵由于采用大间距设计时引起的扫描边缘增益跌落和栅瓣的问题。分析采用多模散射矩阵的方法,计算速度快、精度高。数值计算和测试结果表明这种辐射单元可以用于扫描角度宽达 ±25° 的有限扫描相控阵的设计。计算结果同时表明该辐射单元至少可以满足10％的频带宽度。     

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18.6 dB，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。     

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。     

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。     

具有栅瓣抑制功能的非等间距光学相控阵芯片研究

光学相控阵 (optical phased array,OPA) 作为一种激光扫描技术，具有扫描速度快、精度高、损耗小和易于集成化等优点，在光通信、无人驾驶、激光雷达和航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了抑制旁瓣的产生，要求工作波长大于OPA的阵元间距，导致远场主瓣附近必然产生栅瓣，降低OPA扫描精度和扫描范围。提出了一种具有栅瓣抑制功能的非等间距OPA芯片，可实现宽视场、高精度的光斑偏转效果。采用遗传算法优化64路非等间距OPA阵元间距，得到最低栅瓣的阵元分布，实现最佳的栅瓣抑制效果。实验结果表明，在1 500~1 600 nm波长范围内，优化后波导最小间距为2.2 μm，最大间距为11.4 μm，芯片远场光斑可实现20°×10°的二维扫描角度，且对旁瓣的抑制作用显著。     

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。     

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。     

一种星载扫描天线的分析与设计

为适应卫星平台的需要,达到卫星天线能够实现角度扫描(正负5度)和机械扫描结构尽可能简单的要求,本文设计了一种三反射镜配置结构的角度扫描天线。首先利用几何光学法设计了赋形面,然后确定了在不同的扫描角度时,平面镜移动到的位置点。最后,利用高斯衍射波束分析方法(Diffraction Guassian Beam Analysis)进行了电性能的仿真验证。结果显示,在所需角度的扫描范围内,其具有较高的主面孔径利用效率和扫描机械结构简单的特点。在兼顾角度扫描和机械扫描结构简单的条件下,天线达到了所需的性能要求。     

低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

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。     

S波段定向高增益圆极化微带天线阵的研制

文章论述了定向高增益圆极化微带天线阵的设计方法。以工作频率为2．45GHz的32单元圆极化微带天线阵为研究对象,设计出了与馈电网络为一体、圆极化特性良好且具有定向高增益的微带天线阵,从而解决了圆极化微带天线阵馈电网络较为复杂、工程实现较为困难这一问题。实验结果表明该天线阵具有良好的定向性和圆极化特性,达到了20．5dB的增益,进而说明了该方法是有效可行的。     

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。     

一种基于功率测量的相控阵天线校准方法

文章研究了一种基于功率测量的相控阵天线校准方法,该方法要求探头和被测天线固定,在移相器状态切换的条件下,利用测量探头接收的微波信号功率,测定出各单元初始激励的相对幅度和相对相位。由于不需要相位测量,可以保证测量稳定进行,尤其可以解决高频时相位测量精度问题。最后模拟了应用该方法对相控阵天线进行校准的全过程,模拟结果表明,该方法是正确有效的。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势,具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点,其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景,具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理,根据天线的机电特性和空间环境适应性情况,给出了星载应用选型建议;其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述,重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性;总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术,对主要的技术途径进行了介绍;最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议,可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

一种 Ku波段宽带微带天线阵的设计

设计了一个中心频率为16G Hz具有宽频带高增益特性的8单元微带天线阵。综合运用H 型缝隙耦合馈电技术、插入空气层技术方法展宽天线的带宽。使用三维电磁场仿真软件（Ansoft HFSS）对微带天线进行仿真优化,仿真结果表明,天线单元性能良好,相对阻抗带宽（S11≤－10dB）为10．9％,增益为8．6dB。八单元天线阵列相对阻抗带宽达到11．3％,增益为16dB。天线阵列性能良好,设计方法具有很好的可扩展性。