一种双圆极化宽带天线及其阵列应用

该文设计了一种双圆极化宽带天线单元,并在此基础上实现了小型阵列天线。单元天线为层叠型微带天线,其辐射贴片的四周寄生了环形金属带和金属柱以拓展波束宽度。另外,为了满足双圆极化要求和拓展天线带宽,天线采用电桥进行馈电。天线单元的10 dB阻抗带宽为26.9%(1.8～2.36 GHz),3 dB轴比带宽为19.3%(1.92～2.33 GHz),方向图半功率波束宽度大于110°。对非规则的五单元面阵进行了研究。测试结果表明,该天线阵的合成增益高于11.5 dBi,±55°扫描增益高于9 dBi,仿真和实验结果一致性较高,为宽带卫星通信的应用奠定了基础。     

小规模天线阵列波束指向校准算法研究

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互耦的的影响,利用有源方向图叠加原理合成整个阵列的方向图;再将杂草入侵优化算法和有源方向图叠加原理进行结合对每个单元的馈电相位进行优化。基于该混合算法,对一个7元平面阵列进行了优化,优化后的相位分布可以使该阵列扫描到期望的波束指向,解决了小规模阵列的波束指向偏差问题。     

雷达天线方向图的MOM-FZ方法计算

针对运用矩量法计算电大尺寸天线时遇到的严重困难，提出一种基于矩量法的计算天线远场的远区近似（MOM-FZ）方法．该方法将阵列天线分解为多个子阵并运用矩量法处理子阵中天线单元间互耦的影响，由此得到天线单元的电流分布，然后运用远区近似得到整个阵列的远区方向图．研究表明，通过适当选取子阵的大小，可以使相距较远单元间的互耦忽略不计，达到减少计算量的目的．用本法获得的某雷达天线方向图的结果与基于太阳噪声的实测结果基本一致。     

基于Y型阵MIMO天线互耦效应及信道容量

针对多输入多输出(MIMO)天线阵列在阵元间距较小及平均波达角较大时信道容量会急剧下降的问题,提出了基于Y型阵列结构的MIMO接收天线模型.利用天线阵列互耦效应等效网络模型,导出Y型阵模型的信道相关性和互耦相关性的闭合表达式,阐明了其阵列互耦效应下信道相关性与无互耦相关性之间的关系.分析了入射信号的中心到达角和角度扩展分别对互耦效应下Y型阵MIMO信道容量的影响.与均匀圆型天线阵列性能比较结果表明,Y型MIMO天线阵列能充分利用其空间结构,具有稳定的信道容量,且信道容量优于均匀圆型天线阵列,能有效地改善阵列互耦效应,提高系统性能.     

超低副瓣阵列天线不同扫描角度幅相误差影响的研究

天线阵各单元间相互耦合,使超低副瓣阵列天线的性能发生改变.传统的幅相误差分析,很少考虑互耦影响.这里在考虑互耦影响的条件下,讨论幅度误差和相位误差对超低副瓣阵列天线性能的影响.利用矩量法对天线阵列进行互耦分析,并计算了天线阵列各单元的本征激励方向图.以八单元Chebyshev等间距直线阵为例,采用本征激励分析方法进行了数值统计分析,在不同的扫描角度下,模拟得到了幅度误差、相位误差对超低副瓣阵列天线副瓣最高电平影响的关系曲线.结果表明,随着扫描角度的增加,幅相误差和互耦对天线阵的影响也逐渐增加.采用的方法是适合于阵列天线大规模数值模拟计算的有效方法.     

一种波束赋形相控阵天线的分析与设计

设计了一种水平面赋形、俯仰面扫描的一维相控阵天线,天线单元采用印刷振子．为了获得低副瓣,馈电电流采用泰勒分布．为了满足0.2°扫描步进指标要求,采用虚位技术,通过4位移相器实现9位移相器功能,简化了设备,降低了成本．测试表明: 在±15°扫描范围内,半功率波束宽度小于2.3°,增益大于25dB,副瓣低于-25dB,水平赋形方向图3dB波束宽度33°,满足设计指标要求．     

智能天线阵列单元阵中方向图畸变分析

主要研究了智能天线系统前端接收天线阵列中的耦合问题．针对圆形阵列中单元问相互耦合作用引起单元水平面方向图的畸变这一问题，分析了未激励单元的互耦、以及这些单元端接电缆的加载作用对激励单元阵中方向图的影响．依据多端口理论，把所研究的结构等效为多端口网络，提出使用迭代方法求解未激励端口的匹配阻抗．并由结构对称性，提出使未激励端口加载阻抗与激励端口输入阻抗相等，以减小考察单元阵中方向图畸变，降低单元水平方向图不圆度，以满足智能天线系统要求．     

一种小型化双低频4T4R基站天线阵列设计方法

能够支持双低频4T4R的MIMO基站阵列天线已成为目前运营商布网主流,当采用常规设计时,往往造成天线尺寸过大、风载荷过高等问题.在MIMO阵列天线小型化设计时,由于各阵列间距离缩小,电磁耦合急剧上升,导致各天线水平面波束宽度恶化,性能下降严重.针对此问题,提出了一种小型化阵列天线设计方法.采用波束合成技术,利用一种功率比随频率变化的新型不等功分电桥复用一组辐射单元,这样每列天线均可复用一个窄波束宽度单元,再通过该窄波束单元与其他宽波束单元合成理想的水平面波束宽度,提升天线覆盖性能.实测结果表明:采用本文阵列天线设计方法能够得到收敛的水平面波束宽度,范围在56°～68°,同时具有较好的增益和系统隔离度,大幅改善了天线性能.     

共形天线阵列方向图分析与综合

在存在单元互耦的情况下,提出了锥台共形天线阵方向图的分析与综合方法．采用渐变缝隙天线作为阵列单元,先算出天线单元的阵中耦合方向图,然后以叠加原理为基础分析计算天线阵列的主极化和交叉极化方向图．采用Ansoft HFSS仿真软件对该锥台共形天线阵进行了仿真分析,结果表明,所提出的分析方法准确可靠,为锥台共形天线阵特性优化设计提供了方法支持．同时,采用雁群优化算法,对0°方位面内的阵列主极化扫描方向图及交叉极化方向图进行了优化综合．     

全孔径超宽带宽角扫描有源相控阵天线系统

研究了一种全孔径紧耦合超宽带宽角扫描有源相控阵天线系统设计方法。通过威尔金森功分电路同时激励两个镜像对称偶极子单元，在不组阵方向阵列边缘采用延长型偶极子，消除了截断效应的影响，有效降低低频段的有源驻波，在组阵方向采用垂直金属壁取代哑元作为宽角阻抗匹配层的支撑，实现了天线阵列的全端口馈电。为满足大瞬时带宽及宽角扫描的需求，T/R组件射频链路采用了移相器加频率不敏感的延时器，改善了瞬时大带宽在大角度扫描时的波束空间色散及波形时间色散性能。将超宽带宽角扫描阵面、散热器、T/R组件、波控电源板及后盖板进行堆栈式高密度集成，研制了1×10全端口馈电的超宽带有源相控阵整机。测试结果表明，该阵列天线可跨4倍频程工作，扫描范围可以达到±45°，瞬时工作带宽可覆盖有源相控阵天线系统全频段，对实现综合多功能软件定义卫星在轨演进、降低成本、提高灵活性具有重要意义。     

互耦效应下端射阵机载雷达空时内插STAP方法

针对端射阵天线由于阵元间距较小,容易造成能量耦合引起互耦效应,进而影响天线增益和空域导向矢量等参数以及后续的杂波抑制性能这一问题,首先利用互阻抗法和等距离环地面散射单元积分法,建立了互耦条件下的端射阵机载雷达信号模型;然后分析了互耦效应对杂波特征谱和空域导向矢量等参数的影响;最后提出了一种基于空时内插的空时自适应处理方法,对杂波的非平稳性和空域导向矢量进行了补偿.理论分析和仿真结果证明了该方法的有效性.     

一种S频段卫星通信相控阵天线设计

为了解决目前卫星通信相控阵天线波束扫描角度范围较小、低仰角增益较低等问题,采用双层微带结构,加载圆形金属腔体,实现了更宽波束的S频段圆极化相控阵单元,来提高相控阵低仰角增益．然后,用24个单元按照水滴状形式排布组成相控阵阵列,以减小风阻．仿真结果表明,在收发频段内,相控阵单元的电压驻波比小于1.3,轴比小于3dB,单元在阵中的3dB波瓣宽度为120°左右; 天线阵列在扫描到仰角25°时,其增益相比天顶方向(仰角90°)下降了4dB左右．最后,加工好的天线阵列测试结果和仿真结果具有很好的一致性,波束扫描角度较宽,低仰角增益较大,满足设计要求．     

Design of the beam scanning microstrip reflectarray antenna

For the aim of designing a wide-angle low sidelobe beam scanning microstrip reflectarray antenna, a new design method based on a new aperture phase distribution of three focuses is proposed. This method introduces a new phase distribution determined by three focuses for wide-angle beam scanning firstly. Then the aperture phase distribution is further optimized by the hybrid particle swarm algorithm to reduce the side lobe level of the pattern. Based on the optimization, the antenna realizes beam scanning by use of a moving feed. In order to verify the effectiveness of the design method, a Ku-band circular polarized beam scanning reflectarray antenna is designed and fabricated. The measured results agree well with the simulated ones, with the side lobe level being below -18dB within the scan range of 52°and the band reaching 108％(the overlapping 3dB axial-ratio (AR) and 1dB gain bandwidth).     

含波束宽度的平面相控阵扫描空域分析

平面阵列扫描空域基本求解方法不考虑波束宽度的影响,扩大了实际扫描范围,不利于阵列设计和对目标信号的快速捕捉。针对这一弊端,在基本扫描空域求解方法的基础上引入阵列波束宽度约束。通过坐标变换、平移和三角形几何分析得到水平放置的矩形栅格平面相控阵的扫描空域求解方法和公式。实验仿真结果表明,该方法缩小了平面阵列无用扫描空域范围,便于对阵列工作空间的准确定位,对平面阵列天线的实际工程应用提供了较高的参考价值。     

Design of dual-band shared-aperture circularly polarized antenna with a wide beam for aircraft platforms

Most of published shared-antennas focus mainly on the characteristics of multi-band and multi-polarization, that is, a high profile and a complex structure. A dual-band circularly polarized shared-antenna is presented with a simple structure and wide beam coverage. Firstly, to reduce the size and weight, the shared-aperture antenna is applied for the quad-operating frequencies (UHF1/UHF2/S1/S2) with a stacked microstrip patch antenna and high dielectric constant substrates. All the quad-operating bands can be freely tuned by changing the lengths of patches. Secondly, the substrate with a high dielectric constant is added on the patch to improve the gain of the antenna in the low elevation direction, broadening the antenna beam. Next, to obtain the quad-band circularly polarization (CP) radiation pattern, the feeding structure with the broadband phase shifter is also designed. Finally, the proposed antenna prototype is fabricated and measured. Its measured impedance bandwidth, axial ratio and radiation pattern are in good agreement with simulation results. The proposed antenna has already been applied to a special airborne communication system. Additionally, the antenna synthesis method may be further extended to realize the shared-aperture circularly polarized antenna with more than two bands.     

有限偶极子天线阵的特性研究

天线阵列的特性决定其应用范围，了解天线特性可以有效地利用其优点传输能量．针对偶极子天线阵，分析了阵元互耦影响和频率特性及其散射特性．主要包括在应用实践和开路电压相结合的方法计算阵列单元互耦的影响的情况下，应用矩量法分析了终端负载，散射场和反射系数随着频率变化的特性曲线，最后给出了阵列大小和入射角度的变化对散射方向图的影响．结果表明，对于半波长的偶极子阵列，当阵元问距为半波长时性能达到最佳．     

天线方向图综合中的本征激励方法

给出矩量法分析天线阵列时本征激励模式的不同定义．使用单元间无耦合的理想阵列来逼近有耦合的实际阵列．可以把理想阵列单元的电流分布经过等效转化之后得到的系数去激励有耦合的阵列,可在有互耦的阵列上综合出与理想阵列一致的方向图．因为在优化过程中减少了精确的电磁场分析而大大缩减了考虑耦合的实际阵列方向图综合时间．最后给出算例验证了笔者思路的正确性．