一种宽带±45°双线极化阵列天线设计

为了满足宽带大功率相控阵极化调整、灵活干扰的应用需求,需要对±45°双线极化的阵列天线开展研究。阵元主体由金属交叉偶极子构成,通过引入金属寄生层、宽角匹配层进一步拓展了工作带宽,改善了大角度扫描特性;采用同轴巴伦实现平衡馈电和阻抗变换,使用金属反射腔体调节组阵后相邻单元间的边界条件,从而优化了阵元间的互耦特性。实验与仿真结果表明,该阵列天线在0.96 GHz~2 GHz的工作频段内具有良好的辐射特性,可以实现二维±30°的波束扫描;并且,该阵列天线具有结构简单、易于安装、耐功率性能好的特点,适合于大功率宽带干扰相控阵系统的应用。

无相位测量的阵列天线故障诊断方法

传统的阵列天线故障诊断方法要求测量数据同时具有幅度和相位信息,而相位测量通常花费较多,甚至技术上不可行。为了解决该问题,文中提出了一种无相位测量的阵列天线故障诊断方法。首先构造相位误差矩阵,并将其引入阵列天线正向模型,得到含有未知相位信息的信号模型;然后基于该信号模型,交替迭代求解相位误差矩阵和阵元激励,最终达到对阵列天线故障诊断的目的。数值仿真实验表明,本文所提方法在准确性、有效性和鲁棒性上都优于传统阵列天线故障诊断方法,具有广阔的应用前景。

空间柔性阵列天线薄膜阵面制造技术研究

简要阐述了空间柔性天线的进展,分析了空间柔性天线薄膜阵面制造关键技术。研究了薄膜阵面电磁波传输金属薄膜制备技术、薄膜阵面图形化制造技术、薄膜阵面拼接用材料评价、薄膜阵面的裁切技术等。采用磁控溅射技术,通过溅射功率、走带张力、走带速度的调节,在有机柔性薄膜基材上镀制了不同厚度的金属铜膜,实现了有机柔性薄膜基材的表面金属化;利用飞秒激光刻蚀精度高,不损伤柔性薄膜基材的特点,获得了图形化的金属薄膜阵面单元;对3M92号胶带与改性聚酰亚胺胶接材料的拼接强度与耐高低温性能进行了试验对比,发现改性聚酰亚胺胶接材料的强度与耐高低温性能更好,更适合薄膜阵面的拼接;对比了用纳秒激光和飞秒激光裁切的薄膜微观形貌,结果表明,用飞秒激光裁切的切面光滑,无烧蚀与毛刺,适合于高精度薄膜阵面的制造。研究为空间柔性阵列薄膜天线的制造提供了大量的基础数据。

毫米波超宽带阵列天线设计

针对传统微带天线在5G毫米波频段的应用过程中无法做到对其频段进行全覆盖的问题,设计了一款应用于5G毫米波频段的超宽带矩形微带天线。该天线通过在传统辐射贴片上刻蚀非对称的矩形凹槽以增加贴片表面的电流流经路径从而拓展天线带宽。同时,为了提高天线增益也进行了1×2阵列天线设计,并在两天线单元之间的接地板上添加T型枝节以降低彼此之间的耦合。通过仿真软件得到设计的阵列天线低于-10 dB的阻抗带宽为19.95~42.45 GHz,相对带宽达到72.1%,在工作带宽内隔离度不大于-20 dB,最大增益为5.54 dBi。

移动通信与电控阵列天线

简要叙述了移动通信的方式和特点 ,移动通信的设备和应用。

以纺织微带单元及阵列天线为接收天线的射频能量收集系统输出电压比较研究

近些年,纺织天线作为可穿戴产品射频能量收集系统中的重要电子设备,越来越受到青睐。为研究基于纺织天线的射频能量收集系统的收集性能,该研究设计并制备了以涤纶毡为基底的纺织微带单元天线和纺织微带阵列天线。为了建立一个完整的射频能量收集系统,将信号发生器、功率放大器、发射天线和所设计的纺织微带天线(作为接收天线)与整流电路连接。研究结果表明,阵列天线的最大增益比单元天线高5.35 dB。最终的输出电压显示了射频能量收集系统的有效性。随着输入功率的增加、接收距离的减小,输出电压增加。通过单元天线的最高输出电压为39.2 mV,通过阵列天线的最高输出电压为72.7 mV,这是由于阵列天线的增益较高。这项研究将为该领域带来更多的研究思路。

一种高功率微波发射阵列天线设计和试验

设计了一种用于高功率微波发射的S波段波导缝隙阵列天线。采用耦合波导和馈电波导同层排布的方式减小了天线的剖面高度,通过耦合缝隙同向偏置,辐射缝隙按照一定规律排布补偿相位,实现了缝隙单元方向图同相叠加,对缝隙参数、功分器形式与功率容量的关系进行了仿真分析,并在天线内部充入0.1 MPa SF6气体,提高了天线的功率容量。仿真和试验结果表明,在6.7%带宽内,天线电压驻波比小于1.5,增益达到27 dBi,采用窄谱高功率微波源激励天线并进行了高功率微波发射试验,天线的发射波形与微波源的输出波形具有良好一致性,测试的微波源输出功率为2.67 MW。

一种基于去斜技术的低成本宽带数字阵列天线设计与实现

宽带相控阵雷达具有高距离分辨率和多目标、群目标、高速目标的探测能力。传统宽带相控阵采用了基于真延时的方法来补偿孔径渡越效应,往往带来成本的大幅增加。本文提出了一种基于去斜处理的宽带单元级数字阵列天线系统设计方案,利用线性调频信号波形时域与频域平移等效性,在去斜后采用移频移相的方式进行了等效孔径渡越补偿。相比传统宽带数字阵列设计,该方法可降低对天线硬件的性能要求,从而大幅压缩了天线系统制造的成本。本文详细分析了去斜体制的信号处理过程和方法,研制了天线阵列原型样机,验证了收发通道补偿及宽带波束。实测结果显示,该天线样机实现了500 MHz带宽下的方位±60°、俯仰±40°电扫。实测结果表明了宽带波束性能的良好性,宽带波束指向准确,验证了本文提出的基于去斜技术的宽带数字阵列设计方案的正确性。该方法可广泛用于宽带数字阵列天线的低成本设计与宽带性能提升。

一种旋转移相式高功率微波反射阵列天线

利用旋转移相技术的几何相位调控方法,提出一种基于传输相位差概念的波束扫描高功率微波反射阵列天线。电磁仿真结果表明,所设计的三叉戟形反射阵列天线单元工作于9.5~10.5 GHz,在0~40°入射角度下具有360°范围内的线性相位调控能力,真空条件下的功率容量达到1.11 GW。采用该单元设计了半径为200 mm的圆形口径反射阵列天线,并使用全波仿真软件进行验证,利用口径相位分布的可重构特性,所设计的反射阵列天线可以实现±40°范围内的波束扫描。在10 GHz时,波束扫描过程中的增益下降小于1.7 dB,最大增益达到31.1 dBi,对应口径效率为73.42%,最低口径效率超过50%,副瓣电平和轴比始终低于-18.7 dB和1.6 dB。

一种低驻波宽角波束超宽带双锥线阵列天线研制

设计和制作了一种实现宽角波束扫描的1×3超宽带双锥线极化阵列天线,可以应用于无人机上实现空地宽带通信。由于无人机平台安装尺寸受限,通过用椭球形阵子代替传统锥形阵子,并切割椭球振子外部轮廓使其安装在250 mm×130 mm×90 mm的空间内,实现了低剖面、小型化等特点。仿真结果表明,该阵列天线在0.8~2.4 GHz的频带范围内电压驻波比均小于2.5,在±45°波束扫描范围内的4个波束的最低增益均超过了2 dBi,满足实际的应用需求。

用于高功率微波系统的全介质透镜阵列天线

为了实现透镜阵列天线所需的移相范围,设计了两种不同的单元结构,通过优化参数,在保证良好的传输幅值的基础上实现相移范围的互补。为了探索在高功率微波系统应用,对两种单元的功率容量也开展了详细研究。在无限周期情况下,随着单元尺寸变化,单元功率容量范围为1.08~19.37 MW;通过研制口径为315 mm×315 mm的透镜天线来构建有限周期条件,并仿真计算得到该天线最大功率容量为226.553 MW,功率密度可以达到2283.23 W/mm^(2),并且该天线在中心频点10 GHz处峰值增益可达到29.37 dBi,口径效率为62.43%,副瓣电平约为-21.54 dBi。结果表明所提出单元的有效性与正确性,也说明设计的透镜阵列天线不仅具有良好的辐射特性,同时具有MW量级的功率容量。

一种基于简单馈电网络的蝶形振子阵列天线仿真和实验

为降低天线的尺寸和成本,以印刷蝶形振子天线为单元,设计了一款工作于X波段的8×4平面印刷阵列天线。该天线采用一种简单的馈电网络激励蝶形振子辐射器阵列,设计的馈电网络为等功率分配的微带印刷电路结构;对设计的阵列天线进行了加工和测试,测试的结果接近仿真结果。文中研究的蝶形阵列天线设计容易、成本较低,可作为天线罩测试系统的接收天线使用。

毫米波高增益折叠透射阵列天线设计

文中设计了一款低剖面的毫米波高增益折叠透射阵列天线。该天线将兼具极化选择和相位全覆盖调控性能的超薄透射型超表面,与具有极化扭转特性的反射型超表面结合,采用π/4相位补偿步长,在实现低剖面的同时提高了天线增益。实验表明:所设计天线在94 GHz增益为35.7 dBi,口径效率为47.4%,3 dB增益带宽为22%。该设计克服了毫米波天线难以兼顾低剖面和高效率的限制。

基于无人机电力巡检的椭圆稀布阵列天线优化方法研究

为了提高电力巡检无人机的电磁检测性能,提出了一种基于无人机电力巡检的椭圆稀布阵列天线优化方法。阵列天线的阵列单元稀布排列,能够在保证阵列天线性能的同时,减少阵列单元的数目,从而减少馈电单元的数目。每个阵列单元等幅馈电,可以有效降低馈电网络设计的复杂程度,这些都能够在一定程度上降低阵列天线的功耗,提高无人机的巡检时间。利用改进智能优化算法,通过优化阵列单元的位置,使方向图的最高旁瓣电平(peak sidelobe level,PSLL)尽量低,因此文中设计的阵列天线具有较低的最高旁瓣电平,从而具有很好的环境抗干扰能力。仿真结果表明,在给定阵列单元数目、最小间距约束和阵列天线尺寸的情况下,提出的方法能够有效降低阵列天线方向图的最高旁瓣电平,对具有41个阵列单元的椭圆阵列天线进行优化,优化后的阵列天线方向图的最高旁瓣电平在-24dB以下。

基于改进型灰狼优化算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合

针对在阵列孔径、阵元数目、最小阵元间距等多约束条件下的稀布矩形平面阵列天线优化问题,提出了基于改进型灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合方法。首先,利用Tent混沌映射、非线性收敛因子、优势狼动态置信策略和对立学习策略对灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO)算法进行改进,增加算法的种群多样性和跳出局部最优的能力。然后,利用窗函数对阵列单元进行加权,生成位置分布矩阵,减少稀疏矩阵优化时间,提高优化效率。最后,利用位置分布矩阵生成稀疏阵列,再运用IGWO算法进行多约束条件的稀布优化。为验证所提方法的有效性进行了仿真实验,实验结果表明,本文方法可以有效提高阵列天线的性能,降低峰值旁瓣电平,对于解决在多约束条件下的阵列分布问题,具有一定的工程意义和参考价值。

K波段高增益宽带的异极化透/反射阵列天线

提出了一种具有新型多功能空间馈电平面的阵列天线,可以同时实现透/反射两个波束。该阵列通过快速响应编码对圆环反射单元和透射单元进行合理分布,以实现不同极化方向的透/反射波束。基于所提出的透射和反射单元,设计并制造了具有25×25个单元的透射-反射阵列天线,分别产生θ=0°向后的x极化方向的反射波束和θ=180°向前的y极化方向的透射波束。该天线的中心频率为22 GHz,测试结果表明,反射波束最大增益为22 dB,3 dB增益带宽达到28%;透射波束的最大增益为19.2 dB,3 dB增益带宽达到27%。

基于脊间隙波导的低副瓣多波束阵列天线设计

为了克服毫米波频段传统多波束阵列天线损耗高、效率低以及等幅激励情况下副瓣电平较高的问题,该文提出了一种基于间隙波导技术的低副瓣多波束阵列天线设计方法。首先,设计了基于巴特勒矩阵的双层多波束馈电网络拓扑结构,将传统巴特勒矩阵的4个输出端口与不等功分器相连,拓展为8个输出端口,实现输出功率的重新分配,以达到低副瓣设计的目的。接着,设计了基于脊间隙波导的双层和单层定向耦合器、交叉结和不等功分器,完成了低副瓣多波束阵列天线的整体设计。最后,进行了天线实物加工和测试,测试与仿真结果较为吻合,副瓣电平得到了有效降低,验证了所提出的低副瓣多波束阵列天线的性能。

阵列天线自适应装配系统设计

针对在传统装配模式下阵列天线存在装配状态不可知、装配过程不可控、装配一次成功率低等问题,在分析阵列天线装配需求的基础上,以模块化的形式详细设计一套阵列天线自适应装配装备,并对关键硬件进行选型与校核。设计并编写系统装配流程硬件控制方案与控制程序,结合Unity软件开发简易虚拟调试平台,实现了硬件状态实时同步、模型运动干涉仿真、三维仿真环境漫游等功能,验证了机械设计和运动控制方案的合理性。

基于权重系数调控的阵列天线阵元方向布局优化

研究建立了一种基于权重系数调控的阵列天线阵元方向布局优化方法。该方法以阵列天线最大增益和最大旁瓣之差的加权和为适应度函数,通过合理选取主辐射方向增益与最大旁瓣之差和最大增益的权重系数,实现了阵列天线高增益、低旁瓣的设计需求,讨论了不同权重系数下的优化结果,并总结了权重系数调控阵列天线辐射性能的规律。采用基于矩量法的全波分析方法进行分析,充分考虑了阵列天线各阵元耦合场的影响。基于遗传算法求解了该文提出的优化问题,并实现了线性和平面偶极子阵列天线各阵元方向布局的优化设计。结果表明,当线性和平面阵列天线方向布局优化设计的权重系数分别取0.45和0.9时,所建立的优化方法不仅降低了旁瓣电平和交叉极化增益,并且能够保证主辐射方向增益下降不大,从而验证了该方法的可行性和有效性。

具有全向波束高增益的引信共形阵列天线

针对对地弹药引信天线不能满足宽落角探测需求的问题,提出一种基于共形阵列天线技术的宽波束产生方法,通过采用偶极子、微带天线阵列共形于引信风帽内腔表面,实现侧向全向辐射特性。该方法设计的天线可以随风帽的形状而改变,不占用其余空间。经测试验证表明该天线在H面具有全向辐射特性且增益较高。