基于混合电磁超材料的宽角扫描相控阵天线

本文提出了一种新颖的基于混合电磁超材料的小型化低成本宽角扫描相控阵天线.通过在介质谐振器上加载电磁超表面,引入额外的容性加载,实现了一种新型的小型化混合电磁超材料辐射体结构(电尺寸仅为0.39λ₀×0.27λ₀×0.09λ₀).同时,由于混合电磁超表面的小型化和周期特性,阵间距缩短为0.40λ₀,增大了波束的扫描范围.此外,混合超材料辐射体中嵌入的空气孔和地板上开设的T形槽,能够提高阵元间的隔离度.基于混合电磁超材料、紧间距布阵和去耦设计,对一个五元宽角扫描线阵进行了设计与测试.该阵列各端口的-10 dB阻抗带宽均大于3.30～3.80 GHz(14.1%),带内隔离度均优于13 dB,最大辐射增益10.1 dBi,主波瓣扫描范围为[-81°,84°],3 dB波束宽度覆盖范围为[-111°,105°].该阵列具有小型化、宽带宽、宽扫描范围以及低成本的优点,适用于低成本、高可靠性和智能化的无线通信应用.     

一种宽带宽角扫描相控阵天线的设计

给出了一种宽带不等间距相控阵天线的设计方法,利用该方法实现4.5个倍频内对方向图栅瓣的抑制和±30°波束扫描.文中首先从理论上分析了不等间距阵列的宽带特性,然后对以微带Vivaldi天线为辐射单元的16单元不等间距阵进行了仿真设计,最后对不等间距阵列天线进行了加工实测,实测结果与仿真结果一致,验证了设计方法的正确性.     

宽带宽角扫描相控阵天线

带平衡器（Ｂａｌｕｎ）的直臂振子辐射元在Ｅ面扫描时出现扫描盲点已由理论和实验得到证明［１，２］。本文研究盲点的消除，用矩量法（ＭＭ法）计算了包括平衡支杆效应的直臂振子的５×３个辐射元的小面阵的中心振子的阵波瓣。计算结果证实Ｅ面阵波瓣在出现栅瓣前出现明显的凹点，即出现扫描盲点。计算还表明若在辐射无间加高度为ｈ的Ｈ面寄生杆，则可控制Ｅ面阵波瓣的凹点的值。当ｈ／λ＜０．２５将可减弱或消除盲点现象。而当ｈ／λ≈０．１４可在扫描域内消除盲点，且有最小输入阻抗的扰动。７×７个辐射元小面阵实验结果表明当取ｈ／λ０＝０．１３时在１６．７％频带内Ｅ面±６０°扫描的中心辐射元的有源阻抗的电压驻波比（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ）小于２．０；在Ｅ面±６０°扫描和Ｈ面±５０°扫描的扫描域内，Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≤２．２，其中９５％Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≤２．０，而当ｈ／λ０＝０时Ｅ面扫描大于４８°时Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≤５     

X 波段宽带宽角扫描相控阵天线的设计

设计了一种X波段宽带宽角扫描相控阵雷达系统的小型阵列天线,该天线采用Vivaldi 天线做为阵列单元。在考虑阵列单元间的互耦效应下,仿真设计了9*9 小型阵列天线,使该阵列天线在相对带宽达40%下的有源驻波系数小于2,其有源单元方向图E面、H面的波瓣宽度分别达到120度、110度以上。对9*9天线阵的实物进行了加工与测试,测试结果说明了该阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性。因该天线结构简单,重量轻,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。     

平面相控阵宽角扫描技术

平面相控阵天线的宽带、宽角扫描理论与技术是当前天线电波传播领域的核心课题与关键技术,对高性能雷达、通信、导航等信息系统起到重要支撑作用. 研究表明,制约平面相控阵天线宽角扫描的瓶颈主要有：单元的波束形状、阵列排布方式以及扫描阵列中的耦合关系. 据此,本文将从以上三方面回顾平面相控阵宽角扫描理论与技术的发展历程,并对其研究发展做出展望.

     

新型Ka频段宽角扫描圆极化相控阵天线

提出了一种新型的Ka频段圆极化相控阵天线。天线单元以单馈电开槽贴片天线为基础实现圆极化,通过微带贴片表面加载介质和辅助辐射器,展宽了天线波束宽度并优化了单元轴比。以该天线为阵列单元,采用顺序旋转布阵技术优化得到的2×2子阵,其辐射方向图具有良好的旋转对称性,由该子阵扩展形成的相控阵天线,有效地实现了圆极化宽角扫描特性。以8×8矩形阵列为例,仿真分析了此类二维相控阵天线波束扫描过程中的方向图和极化特性。研究结果表明,天线在工作频段内可实现方位360°、俯仰±60°扫描,扫描范围内天线增益波动和轴比均小于3 dB,同时该天线具有低剖面（高度尺寸为0.08λ0,λ0为空气介质波长）、结构简单、易于加工和集成等特点,非常适合小型化或一体化相控阵天线系统应用。     

平面相控阵宽角扫描技术

宽角扫描技术是近年来平面相控阵研究领域的热点和难点。从2008年起,电子科技大学计算电磁学团队便开展了相关研究工作,提出了利用方向图可重构技术突破平面相控阵宽角扫描瓶颈的理论和实验方案,并逐步发展了基于电磁镜像原理、表面波辅助设计、磁流源技术、非周期阵列和时间反演自适应优化等理论和方法,用于实现平面相控阵宽角扫描。文章回顾了该团队在平面相控阵宽角扫描领域的研究历程,并对其研究发展做出展望。     

基于方向图可重构天线的新型宽角度扫描相控阵

提出了一种基于方向图可重构天线单元的新型相控阵,并分别研究了其均匀、非均匀相控阵的扫描特性。通过重构天线单元的工作状态和各单元的激励,其均匀阵可以获得低副瓣电平等较好的辐射性能,其非均匀阵的主波束扫描范围达到±80°,在扫描平面内3dB 主波束覆盖可达176°,且栅瓣电平很低。研究表明了重构天线在相控阵天线研究中 的广阔应用前景。     

宽带宽角相控阵天线研究

本文设计了一种用于宽带宽扫描角相控阵的印制天线单元,通过添加寄生贴片,单元天线波束宽度的仿真结果E面达到120°,H面达到150°（中心频率处）。由这种印制天线单元构建了一个11×11小阵．对小阵扫描特性及互耦影响进行了分析和测试。试验表明,小阵在有源反射系数小丁0．5时,E面扫描角为±50°,H面扫描角为＋55°。     

基于电调超表面及柱面反射面的相控阵天线设计

提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。     

宽频带宽角域扫描的圆极化相控线阵设计

针对传统相控阵工作频带窄、圆极化波束扫描角度小的问题,设计了一款宽波束天线单元以及1×6相控线阵。采用叠层贴片技术展宽天线的阻抗带宽,设计新型的三维地结构拓展天线的波束宽度,利用介质匹配层技术改善天线在低仰角区域的阻抗匹配,并通过双点馈电实现圆极化辐射。仿真与实测结果表明,天线单元的3 dB波束宽度在4.3~5.6 GHz的频带内均大于115°。天线阵列在4.5~5.3 GHz的频带内,主波束的最大扫描范围为-57°~58.5°,其3 dB波束覆盖范围达到185°,在主波束的扫描范围内轴比小于6 dB,具有良好的宽频带宽角域的圆极化扫描特性,在卫星通信、移动基站等领域有广阔的应用前景。     

地基相控阵雷达的天线扫描空间分析

根据相控阵雷达的工作模式和战术要求，研究波束扫描和波束空间分布特点对相控阵雷达合理的资源调度和能量管理非常重要。本文从地基相控阵雷达系统的天线特性、天线扫描空间、波位划分及波束增益空域变化等方面进行了分析和研究。仿真图片体现了相控阵天线的空域扫描特点。本研究可为相控阵雷达合理的资源调度和能量管理提供参考。     

一种应用于相控阵的圆极化宽带宽角天线

针对目前圆极化相控阵天线带宽不足、扫描角度不够大等问题,设计了一种圆极化正交四叶草天线,并做试验研究了该天线在相控阵系统中的应用情况.该天线图案涂覆在印制板正、反两面,采用同轴电缆进行馈电,结构简单易于实现,在阵列中通过单元间隔离柱实现了大角度扫描匹配以及宽带轴比特性.文中给出了该圆极化天线的仿真设计结果、天线阵列样机...     

机载相控阵波束指向校正

安装在机翼上的卫星通信相控阵天线,其波束指向角度信息无法由航电系统直接提供。通过三维电子罗盘测量相控阵阵面的姿态参数,结合航电系统提供的飞机姿态参数和卫星角度参数,可以完成卫星相对于阵面角度的校正。校正方法首先把机身坐标系参数转换到地球坐标系,然后再转换到阵面坐标系,从而求解指向角度。计算机仿真证明了校正方法可行,坐标变换方法正确．同时也证明姿态测量参数精度影响相控阵天线最终性能。     

基于确知波形的宽带宽角相控阵发射波束形成方法

在大孔径宽扫描角情况下,利用窄带相控阵发射不出去宽带高分辨信号,本文经理论分析说明了这一点,并提出两种基于已知波形的宽带宽角相控阵发射波束形成方法,给出了实现示意框图,通过计算机仿真验证了其可行性.新方法采用时域数字处理,在性能上是最优的.与时域采用抽头延迟线的FIR滤波器波束形成方法和频域DFT波束形成方法相比,文中方法简单,所需设备量少,易于工程实现.     

实现频率步进相控阵雷达宽带宽角扫描的一种方法

相控阵雷达天线在进行宽带宽角扫描时,天线波束会“色散”,使得到的距离像展宽,从而降低了系统分辨率。频率步进信号是常用的合成宽带信号,该信号在各脉冲周期内均是窄带的。因此,频率步进相控阵雷达可以通过脉间配相的方法,解决相控阵天线波束随频率“色散”的问题,使其能够在宽角扫描下合成宽带信号,获得高分辨的目标距离像。该方法具有设备变动小易于实现的优点。