相控阵天线系统散射分析

该文采用S参数分析了有源相控阵天线单元馈电系统模型的接收机负载反射系数.将该反射系数代入阵列天线散射场基础理论公式分析了有源相控阵天线的散射场,将有源相控阵天线的天线模式项散射场分为天线模式反射散射场和天线模式相控散射场进行分析.最后通过一维线阵验证了理论分析结果.该分析方法和分析结果为相控阵天线RCS计算和控制提供了理论指导.     

基于互耦效应的相控阵天线有源反射系数研究

建立逼真高效的互耦效应分析模型对相控阵天线设计至关重要。阵列天线的互耦效应通常可以用有源反射系数显性化表征,分别采用无限阵仿真与散射(耦合)系数综合实验相结合的方法提取了阵列天线的有源反射系数。首先基于无限阵方法设计相控阵渐变开槽天线,优化并获取无限阵列环境下的中心单元有源反射系数,再依据设计结果研制169单元阵列天线,通过实验测试提取中心单元与其它各激励单元的散射系数的幅值与相位变化,最后采用散射(耦合)系数法综合出有限大阵列的有源反射系数。无限阵仿真结果与有限阵实测结果在扫描盲点出现角度、频段、有源驻波整体趋势等方面吻合良好,从而验证了无限阵设计方法在天线工程设计中的实际效果。     

一种相控阵雷达阵面自动校准方法研究

大型有源相控阵天线的阵面有成百上千甚至数万个收发组件和辐射单元,使得相控阵天线比其他类型的天线要复杂得多而难以维护。首先介绍阵面校准的现状,然后通过外校准的方法对阵面进行校准测试。这种方法实现了阵面自动化校准,提高了阵面校准的效率和精度。测试结果显示,辐射单元间的频带内耦合量稳定在 ? 30 ~ ? 70 dB 之间,设计指标和测试结果一致。     

一种低成本星载宽角扫描相控阵天线设计

设计了一种工作于X 频段的星载圆极化相控阵天线。相控阵天线单元的馈电探针与连接器进行了一体化设计,消除了焊点,提高了阵面的可靠性;同时阵列单元周围加载金属腔体结构,降低了单元间的耦合,展宽了天线波束,提高了阵列的扫描增益;阵面为全金属结构,可实现相控阵的均温性与内部热量的辐射,阵面自身具有较强的空间抗辐照能力,同时也能对相控阵内部的有源器件提供良好的辐照屏蔽。相控阵有源组件和合成网络采用瓦片架构,具有轻量化和低剖面的特点。所设计相控阵天线具有±60°宽角扫描能力和4%的工作带宽。     

基于阵面变形误差的有源相控阵天线电性能分析

有源相控阵天线（Active Phased Array Antenna,APAA）阵面安装产生随机误差,振动冲击、热功耗等引起阵面变形,二者产生的阵面结构变形误差会导致天线电性能的下降,已成为实现高性能APAA的难点之一。将阵面变形误差作为附加的相位因子引入到天线方向图函数中,建立了平面矩形APAA阵面变形误差与电性能之间的结构-电磁耦合模型,并仿真分析了天线阵元个数变化时,阵面变形误差对天线电性能的影响规律。     

左手微带天线设计及其RCS计算

基于左手传输线结构,设计了左手微带天线单元及其4×4阵列,并对单元天线和阵列天线的辐射特性和散射特性进行了数值仿真计算与实际测量。数值仿真与实测结果表明,相比于矩形微带天线,左手微带天线在不影响辐射性能的情况下,大幅度地降低了天线带外的雷达散射截面(RCS)。左手微带天线克服了现有微带天线RCS缩减技术中的不足和缺陷,是在不损失天线辐射性能的前提下降低RCS的有效选择方案。     

相控阵天线模式项散射特性研究

相控阵天线是隐身武器平台的重要散射源。该文通过相控阵天线散射模型对其模式项宽带散射特性进行仿真计算,并采用旋转目标散射中心成像方法对天线RCS仿真数据进行微波成像,研究了相控阵天线模式项散射的基本规律,并得到其散射中心分布图。仿真结果表明,相控阵天线斜置和天线端口阻抗匹配可大大减小威胁区域内模式项散射。研究结果对相控阵天线模式项RCS缩减工作具有良好的指导意义。     

耦合激励系数及对称振子阵列天线的有源方向图研究

为了深入探讨相控阵天线单元间的耦合对阵中单元方向图的影响,以阵列天线单元S参数为基础,给出了阵列天线单元的耦合激励系数计算公式,利用阵列天线单元间的耦合激励系数分析计算阵中单元的有源辐射方向图. 同时利用矩量法分析由偶极子单元组成的阵列,并把阵列中每个单元的感应电流幅度和相位与耦合激励系数的幅度和相位进行比较,二者数据基本一致. 矩量法计算的单元有源方向图与本文提出方法的计算结果吻合良好,验证了本文给出的阵列耦合激励系数及阵列天线阵中单元有源方向图计算方法的可靠性.     

相控阵天线外形优化缩减RCS研究

隐身武器平台对其装备的相控阵天线提出了超低RCS的要求,对影响相控阵天线RCS的因素进行了分析,对缩减RCS的各种措施进行了讨论。针对优化外形布局来缩减相控阵天线RCS,文中提出了一种差分进化算法,该方法用一组多项式描述天线阵列的外形轮廓,用差分进化算法对多项式的系数进行优化。该方法的目标函数可以根据需要灵活设置,最终得到的阵列外形连续,适合工程应用。并给出了1000 阵元阵列的应用实例,对仿真结果进行了分析。     

一种小规模超宽带相控阵天线设计

目前基于阵元间强耦合效应已设计出超宽带相控阵天线,但是其规模较大。针对规模小或者在扫描方向上规模小,如何增强阵元间耦合而实现超宽带相控阵天线的问题,采用平衡对踵Vivaldi天线(BAVA)作为天线单元,优化天线单元辐射金属的形状,并采用镜像法布阵天线单元设计出一个小规模4×16的斜极化超宽带相控阵天线。仿真和试验结果表明,采用的方法可以增强小规模超宽带相控阵天线的阵元间耦合效应,实现频率0.8f0~2.0f0驻波比小于2,法向增益达17.34~23.0 dBi,在±45°范围内实现无栅瓣扫描。该小规模超宽带相控阵天线已在实际工程中应用。     

Structural–electrical coupling optimisation for radiating and scattering performances of active phased array antenna​

It is well known that calculating and reducing of radar cross section (RCS) of the active phased array antenna (APAA) are both difficult and complicated. It remains unresolved to balance the performance of the radiating and scattering when the RCS is reduced. Therefore, this paper develops a structure and scattering array factor coupling model of APAA based on the phase errors of radiated elements generated by structural distortion and installation error of the array. To obtain the optimal radiating and scattering performance, an integrated optimisation model is built to optimise the installation height of all the radiated elements in normal direction of the array, in which the particle swarm optimisation method is adopted and the gain loss and scattering array factor are selected as the fitness function. The simulation indicates that the proposed coupling model and integrated optimisation method can effectively decrease the RCS and that the necessary radiating performance can be simultaneously guaranteed, which demonstrate an important application value in engineering design and structural evaluation of APAA.     

结构误差对天线阵面电性能的影响

基于场耦合的概念,建立了有源相控阵天线阵面的机电耦合模型。天线阵面的阵元布置为环栅阵,仿真计算了阵面因子方向图和阵面方向图。依据此环栅阵,将结构误差加入机电耦合模型,得到结构变形误差,阵面加工误差,累积安装误差对天线阵面电性能的影响数据。研究分析结构误差对天线增益、栅瓣电平、波束指向和波束宽度等天线阵面电性能指标的影响,可知天线阵面对振动的位移响应对电性能的影响满足系统的指标要求,阵面加工误差和累积安装误差对天线阵面电性能的影响较小。     

分形在天线雷达散射截面减缩中的应用

首次提出利用分形独特的填充性能实现天线雷达散射截面(RCS)减缩，同时，分形单元可以减缩单元间的耦合，提高阵列的性能。给出了分形天线与常规天线辐射、散射特性的对比，表明将分形的概念用于天线设计中，不仅可以减小互耦，提高天线阵列的辐射性能，而且也可以减小天线的雷达散射截面，对天线的隐身有一定的借鉴作用。     

基于PIN二极管加载的机载相控阵天线RCS缩减

现代飞机未来要实现射频隐身性能的最大化,就要求机载雷达的开机时间越来越短,这就为机载雷达不开机期间,相控阵天线的低RCS 隐身设计提供了可能。在天线非工作时段,加载PIN 二极管有效地减小了微带天线的RCS。PIN 二极管在正向偏置和反向偏置状态下可分别等效为电阻和电容。针对不同入射状态的平面波,依据天线感应电场分布确定PIN二极管的偏置状态,并对正向偏置状态的PIN二极管的等效电阻值进行优化,实现天线RCS的缩减。仿真计算结果表明,在天线非工作时段,优化PIN二极管的工作状态,可以实现当前情况(入射方向、频率)下天线RCS 的缩减,且RCS缩减最大可超过25 dBsm;同时又可保证天线在工作时段的辐射性能不受影响。     

On the empirical optimization of antenna arrays

Empirical optimization is an algorithm for the optimization of antenna array performance under realistic conditions, accounting for the effects of mutual coupling and scattering between the elements of the array and the nearby environment. The algorithm can synthesize optimum element spacings and optimum element excitations. It is applicable to arrays of various element types having arbitrary configurations, including phased arrays, conformal arrays and nonuniformly spaced arrays. The method is based on measured or calculated element-pattern data, and proceeds in an iterative fashion to the optimum design. A novel method is presented in which the admittance matrix representing an antenna array, consisting of both active and passive elements, is extracted from the array's element-pattern data. The admittance-matrix formulation incorporated into the empirical optimization algorithm enables optimization of the location of both passive and active elements. The methods also provide data for a linear approximation of coupling as a function of (nonuniform) element locations, and for calculation of element scan impedances. Computational and experimental results are presented that demonstrate the rapid convergence and effectiveness of empirical optimization in achieving realistic antenna array performance optimization.