焦面场分析与相控阵馈源设计

该文介绍了焦面场的计算方法及其与反射面焦径比的关系,分析了焦面场与馈源口径场的联系,并建立了基于焦面场分析进行相控阵馈源设计的方法,包括确定单元间距、阵列规模以及实现目标方向图所需要的激励。按照这一方法,分别以未赋形卡塞格伦天线和前馈抛物面天线为对象,设计了各自的相控阵馈源以实现赋形波束的效果,并在后者上验证了波束扫描性能。通过仿真,天线性能实现了预定目标,证明了设计方法的有效性。

FDTD-PWS法用于分析毫米波透镜天线焦面场

提出一种新的节省计算空间的FDTD-PWS混合算法,并应用于透镜天线的焦面场分析.首先采用FDTD(Finite-Difference Time-Domain)求解得到聚焦透镜天线的口面场的幅度和相位分布,再通过PWS(Plane Wave Spectrum)外推至焦平面,求解得出焦面场分布.根据天线场分布的对称性,将PEC(Perfect Electric Conductor)和PMC(Perfect Magnetic Conduc-tor)边界应用于FDTD的仿真过程,使仿真模型缩减为原模型的1/4,进一步节省了计算空间.应用于毫米波聚焦透镜天线的焦面场仿真分析,并对其焦面场进行平面近场扫描测试,将仿真结果进行探头补偿后与实验数据作比较,证明该方法是精确和高效的.

“反射面天线与焦面场分析”一般性科技报告

SKA的反射面天线覆盖约300 MHz^20 GHz频率范围,宽带单波束馈源和大视场相位阵馈源的使用将有可能对SKA天线的技术方案和综合性能的提高起到重要的作用。该研究拟研究用于SKA反射面天线的宽带单波束馈源和相位阵馈源。SKA的宽带单波束馈源(WBSPF)分两个波段,低频段覆盖约300 MHz^2 GHz,高频段覆盖1.6~10 GHz。课题组目前负责牵头研究宽带单波束馈源中的低频段馈源的研制工作。该课题将研究基于Eleven Feed和Quad-Ridged Flared Horn两种技术的宽带馈源,低噪声放大器和制冷技术方案。宽带单波束馈源技术也可应用于大口径射电望远镜。该研究还将研究用于大口径射电望远镜的相位阵馈源技术,用于提升大口径望远镜的总体性能,如提高巡天效率和单波束增益,开展电指向观测等灵活的观察模式试验。该技术报告主要介绍几类反射面天线的焦面场的仿真分析,和馈源设计中的焦面场共轭匹配的设计原则。这些焦面场的分析为馈源设计提供了重要的技术输入。

射电望远镜焦面场分析研究

射电望远镜的焦面场分析是开展馈源喇叭设计的重要方法,该方法对于性能优越的焦平面阵列设计同样适用。对于给定的射电望远镜系统,主要包括天线口径及焦径比,可以依据焦面场的分析结果来开展相控阵馈源接收机的阵列设计。本文通过在1.25 GHz下结合不同的天线口径、焦径比,以及波束扫描角度,对焦面场进行了相关的分析研究。分析结果显示,焦面场与天线口径没有必然联系,与焦径比成正比,扫描角度越大焦面场畸变越明显且会占据更大的区域。本论文相关的分析研究可为L波段相控阵馈源接收机设计及研制提供参考,尤其是对阵列设计具备较好的指导作用。

反射面天线焦面场采样研究与相控阵馈源设计

为了设计高性能的相控阵馈源(phased array feed, PAF),通过反射面天线焦面场最优采样的研究,给出了PAF参数与天线口径效率之间的关系,总结了PAF的最优采样范围和单元间距,导出了PAF单元数量的计算公式.给出了一个9 m天线的PAF设计实例和性能分析,在4~7 GHz频率范围内,扫描范围为±3°时,天线口径效率大于51%,验证了本文分析与设计方法的正确性,该方法可用于指导PAF的工程设计.

基于焦面场的多波束反射面天线二维DOA估计

利用致密焦面阵列馈源,通过二维来波方向(direction of arrival,DOA)估计算法判别干扰信号的方向,是多波束反射面天线设计中的一个重要环节。由于阵列馈源接收的信号由源信号在反射面焦平面上的电场决定,其阵列流形与常规DOA估计平面阵列的阵列流形不相同;焦面场一般是不均匀的,因此选用的阵列单元接收的信号幅度也不相同,部分阵列单元接收的信号会比较微弱;不同的焦面场选用的阵列单元不同,对应的阵列结构也不相同,且其往往是不规则的;源信号经过反射面反射后,阵列单元接收的信号之间的相关性会降低。这些因素决定了阵列馈源的DOA估计具有特殊性。因此结合焦面场,设计了多波束反射面天线二维DOA估计方法,并进行了仿真,仿真结果证明了该方法的有效性和实用性。

射电望远镜相控阵馈源技术

相位阵馈源是作为多波束馈源使用的小型二维相控阵天线,用以产生多个紧密交叠的波束,扩大射电望远镜的视场,提高巡天效率.文章分析了焦面场匹配与天线效率之间的联系,在单波束和多波束应用方面对相控阵馈源与传统的波导馈源进行了细致的比较,并介绍了相控阵馈源馈电的射电望远镜信噪比模型.作为一种新的馈源技术,相控阵馈源展现出更大的灵活性和更为优异的性能.

Ku频段相控阵馈源设计

针对国际合作的平方公里阵SKA(square kilometer array)项目中的关键技术之一,相控阵馈源,以天线的灵敏度为目标,设计了Ku频段的相控阵馈源;首先,通过对天线的焦面场进行分析,确定了阵列的尺寸;接着,选择最合适的阵元形式,设计阵元并进行优化;然后对阵列的排布形式进行研究,通过对比矩形排布和六边形排布对天线辐射特性的影响,以天线的灵敏度为目标,选择合适的阵列排布方式;再对阵元间距对天线辐射特性的影响进行了研究,选择最佳的阵元间距,使系统的灵敏度达到最优;确定阵列的几何参数后,以此阵列作为反射面天线的馈源,对天线的辐射特性进行仿真;最后,给出仿真结果,通过仿真结果可以看出天线性能良好,达到了项目的指标要求。