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X波段宽带宽角扫描相控阵天线的设计

现代雷达 2015年第10期37卷 46-50,64页

作者：郑贵王建司海峰刘华涛马世娟电子科技大学电子工程学院成都611731

设计了一种X波段宽带宽角扫描相控阵雷达系统的小型阵列天线,该天线采用Vivaldi天线做为阵列单元。在考虑阵列单元间的互耦效应下,仿真设计了9×9小型阵列天线,使该阵列天线在相对带宽达40%下的有源驻波系数小于2,其有源单元方向图E面、... 详细信息

设计了一种X波段宽带宽角扫描相控阵雷达系统的小型阵列天线,该天线采用Vivaldi天线做为阵列单元。在考虑阵列单元间的互耦效应下,仿真设计了9×9小型阵列天线,使该阵列天线在相对带宽达40%下的有源驻波系数小于2,其有源单元方向图E面、H面的波瓣宽度分别达到120°、110°以上。对9×9天线阵的实物进行了加工与测试,测试结果说明了该阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性。因该天线结构简单,重量轻,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。

关键词： X波段相控阵天线宽带宽角扫描

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球面共形阵的宽带宽角扫描技术研究

球面共形阵的宽带宽角扫描技术研究

作者：林杰电子科技大学

学位级别：硕士

自上世纪30年代相控阵天线这一概念被提出以来,相控阵技术就得到了很多研究人员的重视,一直是研究的热点,相控阵天线被广泛应用于民用和军事领域。目前,人们对于相控阵扫描已经不满足于窄带扫描,逐渐将目光转向相控阵的宽带宽角扫描。但... 详细信息

自上世纪30年代相控阵天线这一概念被提出以来,相控阵技术就得到了很多研究人员的重视,一直是研究的热点,相控阵天线被广泛应用于民用和军事领域。目前,人们对于相控阵扫描已经不满足于窄带扫描,逐渐将目光转向相控阵的宽带宽角扫描。但是,无论是线阵还是平面阵,在宽带情况下实现宽角扫描都是非常困难的,随着扫描角度的增加,阵列中各单元之间的耦合导致有源驻波快速恶化一直是宽带宽角扫描的难点。由于共形天线能够共形于载体表面,对于阵元间距的要求不如平面阵那样严格,阵元间距的扩大将极大地降低阵列中各单元之间的耦合,成为宽带宽角扫描的一个切入点。球面共形相控阵作为共形相控阵的一种,也具备着共形阵列的优点,相较于普通的共形阵,球面共形相控阵在宽带宽角扫描方面更具有优势,因此,研究球面共形相控阵具有极强的价值。本文针对球面共形相控阵的宽带宽角扫描,研究了适用于球面阵的宽带单元设计以及球面阵的扫描问题,主要研究内容和工作总结由以下三个部分组成:本文在第一章中,主要阐述了共形天线的发展状况以及专家学者对共形天线的研究现状和研究方法;在第二章中,主要讲述了天线的基本理论知识,并且在任意天线阵方向图综合的基础上,推导了球面阵方向图综合的理论公式。本文在第三章中,以微带天线为基础单元,,设计了一种宽带的微带缝隙耦合天线,该天线工作于7.11GHz2.89GHz之间,相对带宽57.8%,并且研究了各种参数变化对于天线的影响。在高频时,受到馈线辐射的影响,天线的背向辐射较大。为了改善由馈线辐射导致的方向图变化,在馈线背后添加了一块背向接地板,将馈线结构由微带传输线结构变成类似带状线结构,通过在上下两层接地板之间添加短路螺钉来抑制带状线结构中的TE模和TM模。结构改进之后,不仅天线的带宽增加了,而且馈线对于天线方向图的影响也被消除,最终天线的工作频率在5.72GHz2.52GHz之间,相对带宽74.5%。本文在第四章中,介绍了目前球面共形相控阵天线的几种常见布阵方式,同时分析了这些布阵方式在布阵时的缺点和劣势,提出等纬度分布的布阵方法对此进行改善,并设计了一种5层分布的等维度分布球面共形阵。在球面阵扫描过程中,针对0度扫描时,波束凹陷的问题提出了波束出现凹陷的原因以及解决办法。之后针对球面共形相控阵中各单元之间的耦合进行了分析,同时也对扫描过程中,球面阵的有源驻波系数进行了讨论,最后针对球面阵扫描时,扫描增益逐渐增加的原因做出了分析解释。球面阵在0度到90度之间扫描时,增益变化在4.56dB以内,扫描性能良好。

关键词：球面共形宽带宽角扫描有源驻波系数耦合

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基于紧耦合的双极化宽带宽角扫描天线

基于紧耦合的双极化宽带宽角扫描天线

2019年全国天线年会

作者：崔学武位朝垒郭肃丽许志涛中国电子科技集团公司第五十四研究所

本文提出了一种基于微带线口径耦合激励的宽带双极化紧耦合天线单元。由于采用了口径耦合方式馈电,该天线单元摒弃了传统紧耦合偶极子天线的宽带巴伦,因而极大地简化了紧耦合宽带阵列天线单元的设计难度。仿真结果显示,侧射时,该天线单... 详细信息

本文提出了一种基于微带线口径耦合激励的宽带双极化紧耦合天线单元。由于采用了口径耦合方式馈电,该天线单元摒弃了传统紧耦合偶极子天线的宽带巴伦,因而极大地简化了紧耦合宽带阵列天线单元的设计难度。仿真结果显示,侧射时,该天线单元有源VSWR＜2的阻抗带宽可达到2.15:1,频率范围从2.85 GHz到6.12 GHz。当E面、D面和H面扫描至45°时,有源VSWR小于3。

关键词：双线极化紧耦合宽带宽角扫描

来源： cnki会议评论

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超材料匹配层加载的宽带宽角扫描相控阵

超材料匹配层加载的宽带宽角扫描相控阵

2019年全国微波毫米波会议

作者：胡芯瑞肖绍球许峰凯王章静电子科技大学

本文以Vivaldi天线为阵列单元,设计了一款加载各向异性超表面匹配层的宽带宽角扫描相控阵。采用周期边界和Floquet模式分析无限大阵列扫描特性,利用等效传输线原理、广义散射参数矩阵,建立了各向异性超材料的本构参数的反演模型,利用mat... 详细信息

本文以Vivaldi天线为阵列单元,设计了一款加载各向异性超表面匹配层的宽带宽角扫描相控阵。采用周期边界和Floquet模式分析无限大阵列扫描特性,利用等效传输线原理、广义散射参数矩阵,建立了各向异性超材料的本构参数的反演模型,利用matlab对阵列顶部加载匹配层的参数进行优化。超材料匹配层的引入降低了天线阵列与自由空间的阻抗失配,从而进一步拓宽天线扫描范围。仿真结果表明,加载该匹配层后的阵列天线

关键词：相控阵天线宽带宽角扫描超材料匹配层

来源： cnki会议评论

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二维宽带宽角扫描相控阵天线研究

二维宽带宽角扫描相控阵天线研究

作者：王茂泽西安电子科技大学

学位级别：硕士

论文以科研项目进行选题研究，主要研究工作为研制了二维宽带宽角扫描相控阵样机，其中包括天线阵列、功率合成馈电网络和波束控制器印制电路板。通过测试表明，系统样机这三个部分的性能均达到了预定的指标要求，为系统装配和调试奠定... 详细信息

论文以科研项目进行选题研究，主要研究工作为研制了二维宽带宽角扫描相控阵样机，其中包括天线阵列、功率合成馈电网络和波束控制器印制电路板。通过测试表明，系统样机这三个部分的性能均达到了预定的指标要求，为系统装配和调试奠定了基础。论文主要研究内容包括：一、二维宽带宽角扫描相控阵的天线阵列设计针对小型化X波段二维宽带宽角扫描相控阵天线的技术指标要求，阐述了相控阵天线的发展历史和研究现状，指出了相控阵天线实现二维扫描与宽带宽角扫描的设计难点，讨论了尺寸有限的安装平台下实现二维宽带宽角扫描相控阵天线的设计方法。采用Ansoft HFSS仿真软件对X波段二维扫描相控阵天线进行仿真分析与设计，仿真结果表明，天线阵列在相对带宽为40%的频带内，天线阵列波束在方位面和俯仰面内均能实现±45°的宽角扫描，且有源电压驻波比在扫描状态下小于2.1，旁瓣电平小于-8.6dB。二、二维宽带宽角扫描相控阵功分网络设计利用基片集成波导（SIW）原理设计一分十八同轴径向波导宽带功分器，在宽频带内实现了一分十八功率等分，在此基础上设计了一分二T型功分器，级联得到了1分36功分器，经仿真分析可知，所设计的1分36功分器避免了一分奇数级功分器带来的窄带和不等功分问题，实现了宽带低损耗、高幅相一致性的功率合成或分配。三、二维宽带宽角扫描相控阵波束控制器设计根据二维宽带宽角扫描相控阵天线的电扫描要求，采用FPGA作为波束主控芯片研制了波束控制器，对六位数字移相器的相位状态进行控制，通过测试可知，波控器印制电路板烧写程序后可正常运行，验证了波束控制器硬件设计的正确性。

关键词： X波段同轴径向波导功分器相控阵二维电扫描宽带宽角扫描波束控制器

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数字相控阵雷达步进频合成宽带宽角扫描研究

现代雷达 2009年第12期31卷 1-4页

作者：吴道庆陈涛南京电子技术研究所南京210039

数字相控阵雷达宽带宽角扫描存在波束指向偏差和孔径渡越问题,导致信噪比降低,脉压主瓣展宽,距离分辨率下降。频率步进信号在各脉冲周期内都是窄带信号,是常用的合成宽带信号,可以在获得距离高分辨率的同时降低对雷达瞬时带度的要求,从... 详细信息

数字相控阵雷达宽带宽角扫描存在波束指向偏差和孔径渡越问题,导致信噪比降低,脉压主瓣展宽,距离分辨率下降。频率步进信号在各脉冲周期内都是窄带信号,是常用的合成宽带信号,可以在获得距离高分辨率的同时降低对雷达瞬时带度的要求,从而降低了对雷达系统的要求。将步进频合成宽带技术应用到数字相控阵雷达,采用子脉冲移频移相方法可以消除波束指向偏差和孔径渡越影响,实现数字相控阵雷达宽带宽角扫描。并通过仿真计算,给出一些对工程实现有用的结论。

关键词：宽带宽角扫描步进频率合成数字相控阵雷达

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二维宽带宽角扫描相控阵天线分析

数字通信世界 2021年第7期 109-110页

作者：葛朝锋桂林长海发展有限责任公司广西桂林541001

相控阵天线因其独特的波束控制能力被人们广泛应用在雷达、通信领域,具备宽角宽带扫描能力的相控阵天线是确保扫描相控阵天线运作的重要技术形式,也是相控天线领域研究的重难点问题。阵列之间的相互作用也被称作是互耦,在这样的作用下... 详细信息

相控阵天线因其独特的波束控制能力被人们广泛应用在雷达、通信领域,具备宽角宽带扫描能力的相控阵天线是确保扫描相控阵天线运作的重要技术形式,也是相控天线领域研究的重难点问题。阵列之间的相互作用也被称作是互耦,在这样的作用下会改变单元上电流的幅度和相位分布情况。为此,文章以拓展阵列天线工作带宽和波束扫描范围为基本研究课题,从阵元间耦合控制为基本研究切入点,就宽带宽角扫描相控阵天线的设置和应用问题进行探究。

关键词：宽带宽角扫描相控阵天线

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一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线的设计

电子信息对抗技术 2016年第5期31卷 71-75页

作者：卫杰杨善国侯伶利电子信息控制重点实验室成都610036

基于超材料技术理念,在考虑阵元间互耦效应下,优化设计了一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线,使该阵列剖面为最低工作频率的四分之一波长,相对带宽达55%下,工作频段内中心阵元的平均工作效率高达87%以上,30°扫描角范围内的平均有源驻波系... 详细信息

基于超材料技术理念,在考虑阵元间互耦效应下,优化设计了一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线,使该阵列剖面为最低工作频率的四分之一波长,相对带宽达55%下,工作频段内中心阵元的平均工作效率高达87%以上,30°扫描角范围内的平均有源驻波系数小于2.0,其阵元方向图E面、H面的半功率波瓣宽度大于60°。研制的6×8阵列样机测试结果说明了阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性,同时该天线具有结构紧凑、重量轻和易于实现的特点,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。

关键词： P波段宽带宽角扫描低剖面

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宽带宽角双圆极化相控阵天线研究

宽带宽角双圆极化相控阵天线研究

作者：谢盛旭电子科技大学

学位级别：硕士

相控阵天线广泛应用于军事雷达、电子信息对抗和卫星通信等领域,宽带宽角扫描相控阵天线能够实现高速率信息传输和大范围波束覆盖,能有效提高系统容量、减少系统体积、降低系统成本,因而成为了近些年来研究的热点。本文从这一大背景出发... 详细信息

相控阵天线广泛应用于军事雷达、电子信息对抗和卫星通信等领域,宽带宽角扫描相控阵天线能够实现高速率信息传输和大范围波束覆盖,能有效提高系统容量、减少系统体积、降低系统成本,因而成为了近些年来研究的热点。本文从这一大背景出发,对二维双圆极化相控阵天线的带宽展宽以及扫描角度范围提升进行了一系列探索,从微带天线阵列与紧耦合阵列两个方向进行了相关设计。论文主要工作如下:第一章介绍了相关领域的研究现状。从一维阵与二维阵两个角度对宽带宽角扫描相控阵的研究现状进行了调研,同时对双圆极化天线设计思路作了补充介绍。第二章简要地介绍了相控阵天线设计过程中需要使用的基本理论,其中包括阵列扫描波束的分析方法以及有源驻波与有源单元方向图的概念。第三章根据传统阵列天线的设计思路完成了基于微带天线的宽带宽角双圆极化阵列设计。本章研究内容可分为三部分:第一部分通过四端口L型探针拓宽了微带天线的带宽;第二部分利用并联开路支节设计了宽带小型化馈电网络;第三部分对单元进行矩形栅格布阵并分析阵列性能。最终阵列实现了在40%相对带宽下的双圆极化宽角度扫描。第四章基于紧耦合偶极子完成了宽带宽角双圆极化阵列天线设计。本章研究内容同样可分为三部分:第一部分分析了大角度扫描下轴比恶化原因并设计了相位中心一致的紧耦合阵列单元以及在此结构下满足隔离度要求的馈电巴伦;第二部分根据单元需求利用不平衡带状线设计了易于加工的馈电网络;第三部分通过使用带毛纽扣同轴连接器以及多层PCB技术解决了加工中相关问题。最终利用64端口的波束控制网络对阵列进行了整体测试,测试结果显示阵列在40%相对带宽下实现了双圆极化宽角度扫描,测试结果与仿真结果吻合良好。第五章对全文进行总结与展望。本文的亮点在分析并解决了圆极化在大角度扫描情况下轴比恶化的问题,后续研究还可利用宽角匹配层与更加合理的结构进一步展宽双圆极化阵列的带宽与扫描角度。

关键词：相控阵天线宽带宽角扫描双圆极化