宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8~16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。

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。

五百米口径球面射电望远镜的相控阵馈源设计

相控阵天线作为射电望远镜的馈源时可以扩大射电望远镜的视场,提高天空扫描速度和系统灵敏度.分析了相控阵馈源的阵列排布形式、阵列规模、阵元间距等参数对灵敏度的影响,并给出了设计一般相控阵馈源的基本方法.针对五百米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,FAST)的系统要求设计了一种工作在L波段的宽带双极化微带偶极子相控阵馈源.相控阵系统采用制冷放大器时所设计的馈源满足FAST系统性能指标.加工并测试了单个阵元的结果,与采用HFSS软件仿真的结果相当吻合,验证了所设计馈源的可行性.

射电天文相控阵馈源技术发展综述

相控阵馈源是近年在射电天文领域新兴的一种阵列天线接收系统,在射电望远镜焦平面上以矩形、六边形等方式排布电小天线单元阵列。通过波束合成对各个阵元施加不同的激励,调控各个阵元的幅度与相位,使得各波束相互交叠、相位中心紧密相邻,从而能够对焦平面区域进行完全采样,实现连续的视场覆盖以提高巡天效率。从焦平面阵列出发,对比介绍了相控阵馈源及多波束技术;之后进一步详细描述了现今世界范围内相控阵馈源技术前沿研究,其中主要包括美国的NARO,荷兰的ASTRON,加拿大的DRAO和澳大利亚的CSIRO等研究机构在PAF研制方面的具体工作;之后介绍了国内在大科学装置及SKA等大科学工程推动下开展的相控阵馈源的技术预研及工程实践;最后针对现有相控阵馈源技术发展,提出了该项技术未来的研究难点及发展方向。

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.

上海65米射电望远镜相控阵列馈源设计

馈源的主要作用是将射电望远镜焦点处的电磁波转换为电信号，它是射电望远镜接收系统的关键部件。作为焦平面阵列的一种，相控阵列馈源能实现多个波束的无缝连接，解决了以往为分立阵列馈源需多次扫描的难题。对国外相控阵列馈源研究状况进行了调研，明确了相控阵列馈源的设计思路，对上海65米射电望远镜焦平面场分布做了分析与仿真，最后设计并加工了相控阵列馈源前端Vivaldi天线阵列原理样机。

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。

空间馈电相控阵天线有源馈源阵系统设计

空间馈电单脉冲相控天线的馈源设计决定了相控阵天线性能,传统的空间馈电相控阵天线馈源一般采用多模喇叭,实现和差波束,但存在波束赋形困难、高功率发射实现困难等问题。因此提出一种有源馈源阵设计方法,采用阵列技术、空间功率合成技术和唯相位加权技术,实现了收发波束灵活赋形、小功率激励。用该方法设计的用于空间馈电相控阵的有源馈源阵,已成功运用于空间馈电有源相控阵天线,经实测该有源馈源阵发射方向图波束宽度>60°,接收和方向图满足±30°锥削分布>10 d B,差方向图零深>30 d B,测试结果验证了该设计方法的有效性。

固态相控阵雷达行馈源加强板的制作与包封技术

本文介绍了利用玻璃钢泡沫塑料复合材料制作相控阵雷达行馈源加强板关键技术及行馈源的包封技术，着重叙述了制作过程中聚氨酯泡沫塑料薄板发泡这一关键技术及其突破途径。利用玻璃钢泡沫塑料复合材料作加强材料还可推广应用于其它雷达行馈源的加强，保证行馈源的性能。

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。

宽带偶极子相控阵列非均匀化分析

无人机不需要驾驶员,因此不像有人机受驾驶员生理极限的限制,可以执行生化等对人体有害环境任务,且具有机身小,重量轻,较高的机动性能等优点,战场生存能力强,因此无人机已成为近年来高科技信息化战争不可缺少的组成部分。无人机发展的同时,也有效推动了无人机载荷的发展。由于无人机平台载荷舱空间小、载重能力有限,故要求无人机载荷应具有小体积、轻重量的特点,而有源相控阵天线的系统功能多、组成复杂,因此无人机载有源相控阵天线必须采用小型化、轻量化、高集成的设计方式。本文主要研究对象为宽带偶极子相控阵列。通过对阵列分布进行非均匀化研究,宽带偶极子阵列在保持一定工作性能的前提下,可以通过非均匀化来一定程度上减小体积,减小栅瓣,从而提高性能。本研究中相控阵移相通过相控阵原理计算并设计馈源,模拟相控阵相位扫描特性。使得阵列具有一定角度扫描特性后,在一定角度内不会出现栅瓣,且不会因为距离产生严重的耦合导致阵列的性能降低。

卫星通信中相控阵天线的应用及展望

随着高通量卫星、低轨卫星星座的蓬勃发展,受益于规模经济的相控阵天线因其特有的优势,在卫星通信中得到了越来越广泛的应用。针对当前卫星通信系统对相控阵天线性能、形式的具体需求,详细介绍了国内外相控阵天线在中低轨道、同步轨道卫星以及用户终端的应用情况,结合超宽带宽角扫描、高速传输处理、软件无线电通用平台、自适应数字波束形成和低成本集成等关键技术,对卫星通信中相控阵天线的发展趋势进行了展望。

单脉冲雷达多模馈源分析与设计

详细分析了单脉冲雷达四喇叭三模馈源的原理和设计方法,指出馈源模比的变化和口径面相位分布的不一致,都会对馈源的方向图产生影响,考虑这些因素,经过严格推导,得出了这种馈源方向图的完整解析表达式。利用该结果,分析频率和模比对馈源方向图的影响,设计最优的馈源模比,计算出理想的馈源的和差方向图。并进一步对馈源的相位中心进行了分析,给出了频率和喇叭口面的相位分布对相位中心的影响结果。这些都会对工程设计具有一定的指导意义。

反射面相控馈源阵的动态阻抗匹配

对于相控阵馈源,其前端低噪放的噪声系数直接影响系统整体性能,在技术途径上,减小系统前端噪声系数的关键之一就是改善阵元与有源前端的匹配,即阻抗匹配。对于单个天线,阻抗匹配就是使得天线的输入阻抗等于低噪放的最佳源阻抗。但是对于相控阵,阵列的动态阻抗依赖于波束形成系数并且随着波束指向的变化而变化,阻抗匹配是比较复杂的。针对反射面相控馈源阵系统,采用HFSS-MATLAB联合仿真的方法,设计了馈源天线和低噪放,自动完成天线参数和低噪放最佳源阻抗的优化实现动态阻抗匹配和多波束平均最优阻抗匹配,最后系统仿真进行了验证。

相控阵弹道测量雷达的结构设计

测量精度和机动性是机动式空馈相控阵弹道测量雷达的核心技术 ,而天线结构、馈源安装标定等是该类雷达结构设计的技术难点。本文以某相控阵弹道测量雷达为例 ,从测量精度与机动性的矛盾、天线阵面及内部单元的设计、天线热设计、馈源安装及标定、雷达方位标定等方面 。

ETS-8卫星相控阵馈电大型可展开天线

介绍了日本ETS - 8卫星的概况 ,对作为关键技术之一的大型可展开天线系统的研究与开发作了详细介绍。主要有大型可展开反射器、相控阵馈源及阵元和波束形成网络 。

一种快速稳健的致密焦面阵列馈源设计方法

致密焦面阵列馈源(DFPAF)融合了多喇叭多波束馈源和相控阵列馈源(PAF)的特点,与多喇叭多波束馈源和常规相控阵列馈源相比较,它可以同时提供更多的固定赋形波束进一步拓宽视场。在射电天文、雷达、电子侦察和卫星通信等领域引起了极大的关注。由于其阵列结构与常规阵列馈源不同,导致设计方法也具有特殊性,因此近年来展开了对其设计方法的研究。该文充分利用反射面天线的固有特性,并结合阵列天线理论,提出一种可以快速、稳健地设计致密焦面阵列馈源的方法,给出了设计原理和设计结果,并和最具代表性的多喇叭多波束馈源进行了性能对比分析,为设计致密焦面阵列馈电的大型反射面提供理论和数据参考。

高效数字波束馈源

本文讨论的是在相控阵雷达的天馈系统中采用高效率的数字波束馈源.首先对其基本原理进行了阐述.然后着重对多单元阵列馈源就一个实例进行了计算,得出的结果表明本文采用的方案不失为一较好的方案.

天线超方向性对PAF射电望远镜视场影响研究

在基于相控阵馈源的抛物反射面的射电望远镜设计中,增加阵元间距可以扩大视场范围,但会降低视场内灵敏度性能,不能有效提升巡天速度。超方向性天线单元可用于改善这一矛盾,文章将巡天速度指标(SSFoM)作为优化目标,以无限大理想导电平面上的方形口径模拟天线单元,结合解析公式和物理光学方法计算抛物反射面相控阵馈源(PAF)性能,讨论了抛物反射面在不同焦径比(f/D)情况下,天线单元超方向性同SSFoM值、灵敏度、口径效率以及系统噪声温度等性能之间的关系。仿真结果表明,超方向性在提升口径效率的同时,降低了系统噪声温度,提升灵敏度并扩展有效视场。f/D为0.4、0.7和1时,分别设置超方向性系数为1.69、1.37和1.22,可获得最优的SSFoM值,且该值相较于超方向性系数为1时分别提升53%、115%、71%,此时阵元间距分别可以达到0.65λ,0.8λ和0.9λ。

有限扫描反射面天线相控波束重构技术

该文研究一种采用聚焦馈源阵列馈电的反射面天线,相控阵馈源离开焦平面向反射面移动一定距离,位于焦散区,能够增强反射面天线的波束重构赋形能力和有限视角扫描能力。采用改进的投影矩阵法,利用仅相位控制技术,求解相控阵馈源的激励系数,有效综合了聚焦馈源偏置抛物面天线的方向图。对算例的设计达到了采用仅相位技术控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了相控阵馈电偏置抛物面天线的波束重构或扫描,并利用商用GRASP仿真软件验证了该文的设计结果,说明了该文方法的有效性。