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。

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%。

高功率宽频比C/X双频反射阵列天线设计

为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求,提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式,贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成,分别实现低频(C波段)和高频(X波段)的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比,同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现,从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位,可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线,设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi,口径效率为40.2%,常压空气中的功率容量为10.4 MW;在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi,口径效率为40.5%,常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4,且具有高效率和高功率容量的特点。

平面反射阵列天线的研究进展

对平面反射阵列天线的研究进展做了比较全面的讨论,介绍了一些典型的平面反射阵列天线结构形式。通过改变天线的内部结构或尺寸,使得各微带贴片的反射波达到同相。平面反射阵列天线按结构一般可分为三类:通过调节每个贴片的尺寸来达到同相;每个贴片的尺寸相同,改变每个贴片上连接的相位延迟线长度来调节相位;每个贴片的形状完全相同,但旋转角度不同,以此达到调相的目的。

一种微带反射阵列天线单元带宽拓展方法

在微带反射阵列天线设计中,采用大小不同、结构相似的多个空心单元于同一层面上嵌套形成组合单元,可以拓展单元带宽。通过几种单元实例计算对比和实验阵面性能的仿真分析,结果表明采用此组合单元可有效拓展阵中单元及微带反射阵列天线系统的工作带宽。应用此组合单元法步骤简单,具有一定的通用性,可为各种反射阵列天线设计和工程实践参考。

一种微带反射阵列天线单元特性研究

带开路短截线的贴片是微带反射阵列天线设计中最常用的单元形式之一。结合应用于民用航天领域的薄膜反射阵列天线设计,比较和分析不同物理参数、阵列环境下单元电讯性能变化特点,并优化设计单层薄膜反射阵列天线试验阵面,给出分析结果,供不同应用背景下的反射阵列天线设计参考。

毫米波单脉冲反射阵列天线设计

本文设计了一个W波段毫米波单脉冲反射阵列天线,该反射阵列天线由五个喇叭、双曲面和微带反射阵列三部分组成,其中五个喇叭作为单脉冲天线的馈源,双曲面作为副反射面,微带反射阵列作为主反射面提供口径面上的等相位分布。仿真结果表明,天线性能与主反射面为抛物面的同口径单脉冲天线性能相当。该天线的和波束增益为40.1dB,S11小于-14dB的带宽为10.6%,在1.2GHz的带宽内方向图辐射性能基本保持不变。

基于阵中单元模型的反射阵列天线远场分析方法

针对反射阵列天线远场分析的传统技术采用周期模型等效实际阵列环境的不足,提出一种基于阵中单元模型的远场分析方法。该方法以场叠加原理和等效原理为基础,借助电场积分方程从局域子阵单元上的表面电/磁流计算出单元的阵中方向图,再进行总场合成。数值实验显示,利用该方法得到的反射阵列天线的远场方向图与商用软件FEKO的全结构仿真结果之间有良好的吻合度。该方法为突破大型平面/共形阵列天线的计算受限于计算机硬件的难题提供了一种解决方案。

宽带Ka波段平面反射阵列天线设计

平面反射阵列天线的发展受到了带宽与功率容量两方面限制。为此,本文首先基于多谐振技术提出了一种新型平面反射阵列单元结构,相比于传统单元,所提出单元结构具有功率容量高、剖面低且相移曲线线性度好的特点。其次利用所提出单元,通过优化阵面特性在Ka波段设计了包含20×20个单元的平面反射阵列天线。最后利用电磁仿真软件进行模拟计算,结果显示在中心频点35 GHz处,天线峰值增益为27.58 dBi,口径效率为52.33%,副瓣小于−16.08 dB,并且在30.41~39.64 GHz频率范围内(相对带宽26.37%)天线增益跌落小于3 dB,并且所设计平面反射阵列天线最大功率容量可以达到13.99 MW,功率密度为218.54 W/mm^(2)。

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。

基于两种单元贴片的毫米波平面反射阵列天线

针对单层介质单一贴片很难实现360°全域相位变化,文中提出了一种拥有环形贴片和环圆混合型贴片两种贴片组合结构的毫米波平面反射阵列天线,这种结构可以实现更为平滑的360°相位变化。利用这项技术,设计和分析了频率为94GHz的单层毫米波微带平面反射阵列天线,仿真计算验证了该方案的可行性。

一种“风车”形单元平面反射阵列天线的设计

为了改善反射阵列单元相位特性曲线的线性度,扩大相位补偿的覆盖范围,采用了一种新型的反射阵列单元,即在传统的反射阵列单元上方加上一层介质匹配层.仿真结果表明,相比传统的设计方式,新型反射阵列单元的相位特性曲线线性度得到明显改善,相位补偿实现了0°~360°的完全覆盖.本文中固态等离子体(GaAs)代替金属工作,利用固态等离子体的可重构特性设计了一款具有动态波束扫描的平面反射阵列天线,反射主波束的方向分别达到了预期设计的15°、20°和25°,并且每个天线的副瓣和主瓣都相差了至少10dB以上.通过动态调节固态等离子体的激励状态,即改变反射阵列单元的谐振结构,可以实现空间波束扫描.

新型微带反射阵列天线单元设计与研究

采用单层方环和圆贴片的复合结构作为微带平面反射阵列天线的单元,利用Ansfot HFSS仿真软件分析了单元的相移特性,并以此为阵元设计仿真了一个X波段49单元微带反射阵列天线。仿真结果显示,在中心频率10 GHz处,阵列天线的增益达到19.5 dB。在(8.5—11.5)GHz的频带上增益跌落小于3 dB,半功率波瓣宽度为13°,实现了高增益和宽频带性能。

基于阿基米德螺旋线单元的反射阵列天线设计

本文设计了一种基于阿基米德螺旋结构的新型微带反射阵列单元.单元外圈尺寸固定,通过改变螺旋线向内延伸长度来获得不同的反射相位.经过各结构参数分析,获得一条较为理想的反射相移特性曲线.采用该新型反射单元,设计了一款10×10规模的反射阵列,并建模仿真.仿真结果表明,在工作频率5.8 GHz处,天线的增益为18.7 dBi,1.5-dB增益带宽为22.1%(5.56~6.84 GHz),阻抗带宽为3.8%(5.70~5.92 GHz),主旁瓣比优于-15.0 dB,交叉极化小于-25.8 dB.

基于PIN管的波束可重构双频反射阵列天线

利用PIN管实现反射阵列天线单元补偿相位的改变,使得反射阵列天线完成快速的双频宽角度电子波束扫描。天线结构为12×12反射天线阵列,通过在天线单元上添加PIN管,并编程控制PIN管的导通截止,可进行反射阵列天线双频宽角度电子波束扫描。仿真和实验表明,反射阵列天线在3.82 GHz和4.52 GHz均可实现±45°波束扫描,实测3.82 GHz增益为10 dB左右,4.52 GHz增益为13 dB左右。

基于液晶的28 GHz可调反射阵列天线单元研究

利用液晶作为可调相对介电常数衬底层引入反射阵列天线单元,实现了两款单元反射相位的连续可调。采用了5CB和E7两款液晶,以及0.168 mm和0.203 mm两种垫片厚度,对单元进行测试。测试结果表明,由于加工误差和液晶材料本身的局限性等因素,两款单元最佳测试结果分别为在25.2 GHz下实现105°的相移,最大损耗为24 dB,以及在26.05 GHz下实现75°的相移,最大损耗为18 dB。对中心为十字贴片的单元进行了组阵仿真,在液晶层相对介电常数设置为2.4~3.2的条件下,该阵列实现了±45°的宽角度波束扫描。最后,对测得的相移曲线与仿真进行拟合,得到实验中的液晶(5CB)在25.5 GHz左右时的相对介电常数变化范围为2.70~2.84。

基于X波段的高功率圆极化反射阵列天线全波分析研究

传统圆极化反射阵列天线分析方法对天线辐射特性等方面分析的不足,导致在天线全波分析时精度较低,为此,提出了基于X波段的高功率圆极化反射阵列天线全波分析方法。首先研究圆极化反射阵列天线的工作原理,采集相关参数,然后根据参数进行反射阵列天线相位分布、辐射特性、口径效率和单元间距四个方面进行分析。通过仿真实验测试设计阵列天线的性能,验证了本方法的优越性,本方法对圆极化反射阵列天线分析的相位差(7.7±4)°,增益和轴比的误差分别为0.7 dB和0.5 dB,测试结果与仿真结果较吻合,证明了该方法能获得高精度的圆极化反射阵列天线分析结果。

波束扫描反射阵列天线偏焦特性

针对波束扫描反射阵列天线在大角度扫描时增益下降及方向图恶化等问题,提出通过馈源偏焦来改善反射阵列天线的扫描性能。采用方形贴片结构设计了一款工作在X频段的反射阵列天线。研究馈源在15°,30°,45°扫描角的纵向偏焦以及10°,20°和30°扫描角的横向偏焦对波束扫描反射阵列天线性能的影响。测试结果显示,在扫描角度较小时,横向偏焦引起波束指向的改变,波束宽度变化不大。减小馈源纵向偏焦尺寸,旁瓣电平减小,中心频率处的增益提高,尤其是在较大的扫描角度时效果更加明显,有利于提高波束扫描反射阵列天线的大角度扫描能力。

基于随机点阵的平面反射阵列天线设计

本文设计了一种新型的低互耦微带反射阵列天线.反射单元采用随机点阵结构,利用随机点阵结构的高自由度获得不同的反射相位.为了降低单元之间的互耦效应,在随机点阵单元外围添加方形金属环.采用该新型微带反射单元,设计了7×7规模的反射阵列.仿真和测试结果表明,在工作频率5.8GHz处,天线的增益为19.7dBi,阻抗带宽为6.0%(5.71～6.06GHz),主旁瓣比优于13.1dB,交叉极化小于-20dB,印证了随机点阵结构设计反射单元的可行性.

宽带广角覆盖的折叠式反射阵天线设计

提出并设计了一种宽带广角覆盖的波束扫描折叠式反射阵列(folded reflect array,FRA)天线.为了在宽带范围内以及较宽的波束覆盖范围(beam coverage range,BCR)内获得较低的扫描损耗,提出一种考虑照射权重因子、截获功率权重因子以及频率权重因子的多波束优化方法;为了降低FRA天线的剖面,采用小尺寸贴片天线作为馈源,将其与单层反射板集成在一起.设计了一个尺寸为264mm×264mm、工作在Ku波段的11波束扫描的FRA天线,仿真验证本文所提设计方法的有效性,结果表明:该设计在13.5~16.5 GHz的宽带范围内,实现了3 dB波束可覆盖-28°~28°范围,中心频率处最大增益为26.6 dBi,口径效率范围为14%~20.9%,所设计的共口径FRA天线可以获得相当平坦的增益,扫描损耗都在3 dB以内.该天线具有覆盖范围广、覆盖带宽宽、集成度高、增益高、口径效率高等优点,在无线通信、雷达成像和目标识别等领域具有广阔的应用前景.