共形相控阵天线的技术浅析

相控阵天线技术在雷达、通信、电子战、导航等领域获得了广泛应用和高速发展,共形相控阵天线是相控阵天线发展的重点之一。本文探讨了共形相控阵的天线阵型,方向图综合及波束形成技术体制等关键技术。     

共形相控阵天线仿真与优化

推导了任意有向阵列的方向图函数,采用同心圆等角度配置方式建立了锥面共形相控阵天线模型,得到了该配置方式下天线阵列的方向图函数,最后在该配置方式下对共形相控阵天线的波束特性进行了分析。仿真结果表明：该共形相控阵天线在方位面及俯仰面上波束宽度均为,副瓣电平低于-12dB。     

一种低轨卫星接收的相控阵天线校准方法

针对相控阵天线设计中传统校准方法的缺陷,提出了一种适用于低轨卫星信号接收的通道校准方法,利用实际卫星下行信号对相控阵天线的各接收通路进行动态校准。该方法根据星历得到卫星动态位置坐标,计算卫星相对天线的方位和俯仰角度和理论相位差,再采集各个通路的实际信号,测量实际的相位差,理论值和实测值之间的差异即通道不一致性。最后利用波束合成指标验证了改进后校准的正确性。该方法简单可行,为低轨卫星侦察时相控阵天线的设计提供了一种先进、合理、有效的校准方案。     

共形相控阵天线的应用与关键技术

相控阵天线技术在雷达、通信、电子战、导航等领域获得了广泛应用和高速发展,共形相控阵天线是相控阵天线发展的重点之一。文中讨论了共形相控阵天线在雷达、通信、电子战等领域的广泛应用前景及推动共形相控阵天线发展的主要原因,进而探讨了共形相控阵天线波束形成与扫描的原理及实现共形相控阵天线的一些关键技术。     

共形相控阵天线方向图综合

本文给出了共形相控阵天线方向图的理论综合方法，相应的数值计算和优化结果已经得到。考虑了公差等因素之后研制出共形阵天线的馈电网络，实际的共形阵方向图测量结果表明：在１５％ 以上的带宽内方向图的最大副瓣电平低于－３０ｄＢ。     

介质共形顶相控阵的研究

本文在圆顶阵的基础上提出了曲面介质共形顶相控阵的新概念，其目的是增大单一平面相控阵的扫描范围以达到半空域目标搜索。文章阐述了介质共形顶相控阵的结构，介质共菜顶的设计，平面馈电阵的配相和该相控阵的扫描特性等理论和实际问题，并给出了一些计算结果。它是分析和设计介质共形顶相控阵的先期工作。     

箭载共形相控阵天线波控系统设计分析

为完成适用于天基测控的箭载共形相控阵天线对波束指向控制的需求,分析了箭载天线波控系统的设计要求与任务,论述了平面相控阵天线波控系统的实现方法,并根据波控系统基本原理推导出基于阵因子函数的箭载共形相控阵天线波控算法。针对运载火箭天基测控这一新需求提出了基于查表法的集中式波控设计方案,给出了系统设计方法。样机测试结果表明,该波控系统方案正确、可行,满足工程需求。     

宽带星载DBF相控阵天线设计与实现

针对低轨卫星通信天线波束"等通量"覆盖的赋形要求,采用遗传算法对天线阵列进行了多目标平衡优化综合.根据SHA阵和波束覆盖的空间旋转对称性,在波束空间和阵元空间内进行阵元分组,将波束形成矩阵自由度降为1/3,简化了遗传算法参数数量,为波束形成因子复用奠定基础.针对16波束宽带输入,利用DFT滤波器组、复用式波束形成网络、单音闭环校正等算法设计了分布式数字波束形成器和幅相校正单元,运算量降为原来的4.5%,节省硬件资源80%.最后首次完成了16波束61阵元星载DBF相控阵天线样机的研制,暗场测试结果表明波束增益达到等通量覆盖要求,验证了以上算法和工程设计的正确性与有效性.     

一种适用于圆柱形平台的共形数据链天线设计

文章介绍了一种可与圆柱体表面共形的具有全空间覆盖能力的相控阵天线,天线采用腔体缝隙单元,一维宽波束,另一维相控波束扫描,可实现圆柱体平台与卫星无缝链接,在有共形要求的中继卫星终端天线中有良好的应用前景。     

A sectored phased array for DBF applications

In this paper, we present the idea of using switching techniques in phased arrays in order to reduce the size and cost of the RF/IF circuitry on a smart array system with a given number of array elements. The principle is illustrated using a sectored phased array antenna working on the 5.2 GHz industrial, scientific and medical (ISM) band. The antenna is a four-element dipole array, with two active and two parasitic elements. The array uses a reflective 2P4T switch to route the RF signals to consecutive elements of the array and four pin diode SPST switches for short or open circuiting the antenna elements. The performance of the proposed antenna system surpasses the performance of traditional two-port phased array systems and is comparable to that of four-element planar arrays. Simulated results of the antenna performance and beam-forming capabilities are presented.     

A carrier-phased satellite receiving array

The carrier-phased array—in which array phasing is derived from the incident modulated signal—is conceptually a very simple means of achieving automatic beam pointing in communications systems. The technique is particularly suitable for satellite reception applications, although careful consideration must be given in a practical design due to problems associated with the low signal levels derived from satellite broadcasts. In this paper, the basic principles of operation of such an array are described and the requirements of a practical system are addressed, resulting in the design and evaluation of an array system suitable for use with BPSK modulated signals from a communications satellite.     

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

波束合成对数字相控阵镜频分量影响分析

比较了模拟相控阵和数字相控阵在波束合成过程中信号分量与镜频分量的不同变化,分析它们对波束合成结果的影响,并提出在数字相控阵中判断镜频的思路。     

低互耦星载相控阵天线设计

介绍了一款工作于Ku频段的低互耦星载相控阵天线的设计方法, 采用在阵列单元周围加载金属腔体的方式降低阵列单元之间的互耦效应, 从而改善相控阵天线的方向图扫描特性.针对相控阵天线在二维±60°范围内低副瓣波束扫描的特点, 对5×5子阵和16×16阵列进行了研究, 验证了阵列的互耦降低方法的有效性和电性能.研究结果表明:相控阵单元间互耦小于-16 dB, 而相控阵单元在15.1~16.8 GHz电压驻波比小于2, 相对带宽11%;在频率为f₀±500 MHz范围内, E面3 dB波束宽度大于98°, 5 dB波束宽度大于113°, H面3 dB波束宽度大于113°, 5 dB波束宽度大于122°.在仿真设计的基础上, 研制了子阵天线试验样机, 测试结果与设计结果吻合良好, 证明了降低互耦方法的有效性, 天线单元方向图满足在±60°范围内波束扫描的要求, 可应用于相控阵雷达系统.     

光波导相控阵激光雷达接收系统设计

针对光波导相控阵扫描角度大、速度高的特点,设计了光波导相控阵激光雷达的接收系统。该系统采用大视场凝视型的单孔径接收望远镜和APD阵列探测器,进行目标信号的接收转换与目标角度测量;同时采用微透镜阵列（MLA）以弥补APD阵列产生的探测视场空白,提高回波信号能量利用率。首先给出了设计的总体方案,选择并设计了系统的具体参数;针对选择的器件参数,根据激光雷达方程对系统的性能进行了分析。研究结果表明:所设计的接收系统具有体积小、结构紧凑的特点,性能指标可满足相控阵激光雷达的探测需要。     

星载多波束相控阵天线等通量覆盖设计

针对低轨卫星码分多址通信体制,为了克服卫星波束大角度扫描带来的远近效应和波束间干扰,提出了等通量覆盖和波束间频率复用方案。针对低轨卫星环境建立合理的天线波束扫描的数学模型,结合子阵分割理论,采用遗传算法对正六边形天线阵列进行综合;通过对多波束相控阵发射天线的唯相综合结果分析表明:天线等通量覆盖、旁瓣、波束指向等指标都符合设计要求,有效验证了算法的正确性。     

基于超声相控阵的卫星适配器缺陷检测方法研究

根据卫星适配器的缺陷检测要求,设计并实现了一种基于超声相控阵的微小缺陷的超声相控阵自动检测方法.该方法以超声相控阵的检测理论为核心,选择合适的检测方案,搭建超声相控阵自动检测系统.以供借鉴.     

Digital error rate performance of active phased array satellite systems

A model for a multiple spot beam digital satellite employing an active phased array antenna with frequency reuse is proposed and applied to study the power limited down-link bit error rate performance. Since the power amplifier preceding each antenna element is generally nonlinear, intermodulation distortion is produced among the various spot beams, degrading performance. Expressions for the bit error rate are derived, averaged over an ensemble of random arrays. Typical results indicate a degradation of 1-5 dB relative to a horn-reflector antenna of the same total effective aperture with a single channel per transponder, as the number of cochannel signals and the number of antenna elements are respectively varied between 10 and 30, and 500 and 10 000. The degradation is shown to result from nonlinearly induced signal suppression and cochannel interference.