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电子科技 2007年第9期20卷 31-33页

作者：冯学勇杜卫民杨林西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室陕西西安710071

鉴于泰勒综合法是一种常用的低副瓣天线的综合方法,文中用MATLAB模拟计算,分析了口面幅相误差对泰勒线阵方向图副瓣的影响,并给出设计副瓣为-40 dB,要使副瓣误差在8 dB以内,天线幅度相位所允许的最大误差。

关键词：泰勒综合幅度误差相位误差副瓣

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改进标准粒子群算法的阵列天线综合

微波学报 2017年第1期33卷 53-57页

作者：丁桥成都新欣神风电子科技有限公司成都611731

针对标准粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法应用于非对称副瓣形状方向图综合时,收敛速度慢和容易早熟的缺陷,提出了一种改进标准粒子群算法。该方法借助于修正Taylor综合法先得到连续口径分布,然后通过对其抽样得到粒子群初... 详细信息

针对标准粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法应用于非对称副瓣形状方向图综合时,收敛速度慢和容易早熟的缺陷,提出了一种改进标准粒子群算法。该方法借助于修正Taylor综合法先得到连续口径分布,然后通过对其抽样得到粒子群初始化的基本值,对该基本值添加随机值得到PSO优化的初始粒子种群,将该种群用于PSO迭代时,采用"精英"选择思想,即用较好的粒子替代部分较差的粒子,直到满足停止条件。文中给出了运用该方法综合的两个实例,验证了其可行性,并通过多次重复试验,验证了该方法的高效性。

关键词：粒子群算法泰勒综合阵列天线非对称副瓣

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宽带宽角覆盖低副瓣阵列设计

宽带宽角覆盖低副瓣阵列设计

作者：李建元西安电子科技大学

学位级别：硕士

现代雷达系统要求探测波束有窄的主瓣宽度,低的副瓣,并可以在宽的工作带宽内跳频工作,以减小雷达被敌对势力探测和干扰的概率,所以设计一款窄波瓣、低副瓣、宽带可跳频工作的阵列十分必要。天线要实现跳频工作,损耗较小的串馈馈电方式... 详细信息

现代雷达系统要求探测波束有窄的主瓣宽度,低的副瓣,并可以在宽的工作带宽内跳频工作,以减小雷达被敌对势力探测和干扰的概率,所以设计一款窄波瓣、低副瓣、宽带可跳频工作的阵列十分必要。天线要实现跳频工作,损耗较小的串馈馈电方式就不再适用,需要设计出合适的并馈形式的功分网络。为了避免天线在宽角扫描时的增益下降,需要设计宽角覆盖的阵列单元。本文主要研究了宽带低副瓣的并馈功分网络的设计工作,并在此基础上完成了一个X波段1?16的宽带宽角覆盖低副瓣阵列天线的设计。所设计阵列的副瓣电平小于-20dB,H面波瓣宽度要达到了120,工作带宽达到了2GHz(8.6-10.6GHz)。本文所完成的工作主要有:1.完成了功分网络中需要用到的功分器的设计。选用了功率容量较大的标准波导设计波导ET分支。选用了脊波导设计波导耦合器,使波导耦合器的工作带宽能够达到设计要求。对脊波导的窄边进行了压缩、选用口径大的方形孔、进行非脊区双排排布来增大耦合度,减小波导耦合器的长度。利用波导设计功分器减小了功分网络的损耗。选用了隔离度较好的分支线耦合器作为微带功分器,减小阵元之间的相互影响。利用损耗较小带状线设计分支线耦合器,减小微带功分网络的损耗。2.完成了对阵元天线的设计,设计了双面的vivaldi天线作为天线单元。该设计实现了将天线单元和功分网络放在同一块基板上进行一体化设计。双面设计以及带状线馈电还减小了单元间的互耦效应。设计了高截止频率天线单元,使天线单元在设计频段内的H面波瓣宽度达到120。对阵列间距进行了设计。考虑了耦合对单元方向图的影响,通过对阵列间距的优化使天线单元在阵列中能够保持宽角覆盖,从而得到了宽角覆盖阵列的阵元间距。3.选用了经典的泰勒综合法来对阵列进行综合,利用MATLAB语言进行编程算出了阵列的功率分布。将所得的功率分布直接带入阵列方向图函数和给设计的阵列馈电,验证了所编写程序的准确性。4.完成了对整个功分网络的设计,为了实现宽带同相输出,选用了并联结构来设计功分网络。为各级功分器的连接设计了标准波导-脊波导过渡、扭波导、相位补偿结构和脊波导-带状线转换等连接器件。对功分网络进行了分块的仿真,将功率分配结果带入到了所设计阵列中,对设计结果进行了验证。

关键词：阵列天线泰勒综合宽带脊波导宽角覆盖 vivaldi天线

机载宽带vivaldi天线及组阵技术的研究

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机载宽带vivaldi天线及组阵技术的研究

作者：叶国华电子科技大学

学位级别：硕士

宽带相控阵雷达是一种在目标成像、多目标跟踪、测向定位、反导弹等方面有重要用途的新型雷达,将在未来军用与民用领域中扮演重要的作用。而宽带相控阵在无人机上的应用更是各国研究的热点。本文主要针对X波段宽带相控阵天线的需求设计... 详细信息

宽带相控阵雷达是一种在目标成像、多目标跟踪、测向定位、反导弹等方面有重要用途的新型雷达,将在未来军用与民用领域中扮演重要的作用。而宽带相控阵在无人机上的应用更是各国研究的热点。本文主要针对X波段宽带相控阵天线的需求设计了一种宽带Vivaldi天线单元,分析了天线单元的各结构特性,并根据所设计的天线单元研究了其机载的组阵形式。本文主要做了以下工作内容。对Vivaldi天线的相关理论进行了研究,证明了Vivaldi天线满足比例变换原理,对其槽线上的电流分布特性做了研究。对Vivaldi天线各个结构的特性与设计方法进行了研究,归纳整理了Vivaldi天线的设计方法,并应用切比雪夫多节阻抗变换器设计Vivaldi天线的阻抗匹配。之后根据指定的设计范围,对Vivaldi天线的各天线参数进行了初步设计,得到天线的模型,之后对各个天线参数对天线的性能影响做出了分析与优化,并将褶皱结构运用到天线中,从而得到最终的天线模型并给出了其物理尺寸。根据仿真结果,优化后的Vivaldi天线其带宽很好的覆盖了X波段,在X波段的回波损耗小于-12dB,驻波比小于1.8,天线增益大于7.5dB,波束宽度大于50°。最后通过比较相关成果验证了天线的可行性。在研究设计了X波段Vivaldi天线单元后,对阵列天线的综合方法进行了研究。通过对比道尔夫-切比雪夫综合法、泰勒综合法的方向图特性,选择泰勒综合法对机载相控阵进行设计。然后应用之前设计的Vivaldi天线来进行机载布阵。用16个天线单元进行泰勒综合,布置泰勒阵列,接着采用5个泰勒线阵布成面阵的方法将天线布置在飞行器机腹上。根据仿真结果得出,该种布阵方法展现了良好的性能,在X波段以内,其副瓣电平SLL在-30dB左右,天线增益大于18dB,扫描宽度为±30°,完全能满足相控阵的特性需求。

关键词： Vivaldi天线泰勒综合相控阵机载布阵

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带状线结构馈电网络频扫天线设计

带状线结构馈电网络频扫天线设计

作者：黄懈电子科技大学

学位级别：硕士

迅速发展的空间技术及导弹技术对现代雷达与通信技术也提出了新的要求,其中特别要求雷达天线的波束能进行快速扫描。频率扫描天线,顾名思义,就是一种波束指向随工作频率变化的天线。本论文主要设计了一种工作于X波段的频扫天线阵列,主... 详细信息

迅速发展的空间技术及导弹技术对现代雷达与通信技术也提出了新的要求,其中特别要求雷达天线的波束能进行快速扫描。频率扫描天线,顾名思义,就是一种波束指向随工作频率变化的天线。本论文主要设计了一种工作于X波段的频扫天线阵列,主要研究工作如下:理论方面:首先,对频扫天线阵列的基本理论进行了较深入的分析与研究,给出了频扫天线阵列的基本结构参数(d,m,L,m?)及其相关计算公式;然后,结合泰勒综合法研究分析了按三角形栅格矩形边界排布的平面天线阵列性质,根据栅瓣抑制条件及余量设计原则确定了天线阵列单元间距;最后,着重分析研究了对频扫天线性能起决定性作用的低损耗慢波线结构,选取了体积、质量较小、结构相对简单的蛇形线作为频扫阵列慢波线结构,并对微带线、带状线和倒置微带线在X波段的损耗情况进行了理论分析,最终设计出具有低损耗特性的空气带状线形式的蛇形线。仿真设计方面:首先,利用HFSS电磁仿真软件对本论文所采用的对称振子天线进行了仿真优化,得到了驻波、增益、波瓣宽度等性能参数较好的天线仿真模型。然后,根据计算得到的天线口径分布,确定了用于列馈的一分十八功分网络拓扑结构图,仿真设计了17个不等功分四分支带状线结构定向耦合器以实现功率分配,并在四分支定向耦合器结构中引入低通滤波结构来改善两输出口间的相位偏移。考虑到实验室计算机资源问题,将一分十八功分网络拆分成一分五、一分四、一分三和一分六4个子功分网络进行单独仿真设计,然后拼接起来整体仿真优化,最终得到的一分十八功分网络在驻波、幅度、相位等性能上很好的满足了指标要求。同时,本文还仿真设计了威尔金森功分器形式的一分四等功率分配器以满足行馈需要。最后,仿真设计了4?18的频扫天线阵列,通过调试优化,最终得到的天线方向图达到了预期的扫描角度、波瓣宽度、增益和副瓣电平等指标要求。加工测试:把仿真设计的器件加工制作并进行相关实测,实测结果从整体上基本满足设计指标,证明了本论文所设计的频扫天线阵列在实际应用中的可行性。

关键词：频扫天线三角形分布泰勒综合四分支带状线结构一分十八

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X波段微带阵列收发天线的研究与设计

X波段微带阵列收发天线的研究与设计

作者：高朋电子科技大学

学位级别：硕士

微带天线由于具有体积小，重量轻，容易集成，能够与飞机、船舶、导弹等载体表面共形，加工方便等独特的优势而获得了广泛的应用与研究。本文主要研究并设计了一副X波段的微带阵列收发天线，并对互耦效应进行了研究，找出了一种适... 详细信息

微带天线由于具有体积小，重量轻，容易集成，能够与飞机、船舶、导弹等载体表面共形，加工方便等独特的优势而获得了广泛的应用与研究。本文主要研究并设计了一副X波段的微带阵列收发天线，并对互耦效应进行了研究，找出了一种适当的互耦补偿方法，这对于小间距阵列的设计具有一定的指导意义。本文的主要研究内容如下： 1.进行微带阵列天线单元的分析与设计。天线单元是阵列天线的基本组成部分，天线单元的选择对阵列天线的性能起着重要的作用。本文分析比较了三种常用的线极化贴片单元在频带宽度、最大增益、波束宽度、交叉极化、贴片面积等方面的特性参数，确定了最终的单元天线形式。为了减小天线的空间尺寸，采取在天线两边加入挡板的形式来压缩H面波束宽度。并且分析了频带宽度、辐射效率、互耦效应等特性参数与介质基片的关系。 2.利用经典的分析方法--泰勒综合，进行天线综合，并且分析了幅度、相位误差对天线辐射特性的影响。这为馈电网络的设计打下了基础。 3.基于对称偶极子天线阵进行互耦分析，研究互耦补偿的方法。分析互耦效应与天线单元间距的关系，研究得出由于栅瓣抑制条件及空间尺寸等因素的限制，不可能简单的通过增大阵元间距的方法来降低互耦效应的影响。本文通过HFSS仿真，提取阵列散射参数，推导出耦合矩阵，通过对阵列的激励分布进行补偿的方法，改善了互耦效应的影响。 4.进行阵列天线与馈电网络的仿真设计。利用分析得到的泰勒分布，进行天线阵、馈电网络及整体阵列天线的仿真设计。经过仿真优化使得仿真结果达到指标的要求（增益：21dB;副瓣电平：-20dB（10°以内），其余-24dB;驻波比：1.7等）。并进行阵列天线的加工及测试，测试结果与仿真结果基本一致，验证了设计方法的正确性。

关键词：微带阵列天线泰勒综合互耦补偿馈电网络

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W波段宽带SIW缝隙阵列天线设计

W波段宽带SIW缝隙阵列天线设计

作者：章广林电子科技大学

学位级别：硕士

随着学者们在通信技术领域研究的不断深入,通信系统功能越来越智能化,其体积越来越小,集成度越来越高。同时更高频率的系统被广泛地开发及使用,传统的微带平面波导在高频领域由于传输特性差等因素难以满足系统的要求,而传输性能好、功... 详细信息

随着学者们在通信技术领域研究的不断深入,通信系统功能越来越智能化,其体积越来越小,集成度越来越高。同时更高频率的系统被广泛地开发及使用,传统的微带平面波导在高频领域由于传输特性差等因素难以满足系统的要求,而传输性能好、功率容量高的金属波导由于其体积及集成度低等因素无法被现代化通信系统接受。为了满足通信系统导波的需求,学者们致力于开发新型的导波使其兼具微带和波导的优点,可以在高频率的系统中广泛使用。本文介绍了2000年左右开发的新型平面导波结构,该结构在传输特性上类似于传统波导,但可以采用PCB工艺进行加工,同时解决了金属波导加工难度大,无法集成和微带线辐射严重和传输性能差等缺点,成为近些年研究的热点内容。各种基于基片集成波导的无源器件被设计出来并投入使用。本文首先介绍了基片集成波导的结构参数,并从理论和仿真两个方面分析其结构参数对传输特性的影响。根据分析结果并综合加工精度的考虑确定了以84G为中心频率的基片集成波导的结构参数。由于基片集成波导相对于传统的波导结构复杂得多,基于有限元法的HFSS仿真软件在对该结构进行离散化的时候要求尺寸划分极细,为了简化基片集成波导的仿真过程,采用同种介质波导等效的方法来减小计算机的计算时间。本文采用了将等效电路法与电磁仿真软件AnsoftHFSS相结合的方法来提取参数,这种方法更为简便快捷。根据填充该介质的矩形波导特性,缝隙参数提取步骤为确定偏置(倾角)后、对缝长参数进行调节使缝隙处于谐振状态,读取其偏置(倾角)、缝长、电导(电阻)值,并绘制出关系曲线。完成提参之后,再使用泰勒综合法对面阵进行综合以确定各个缝隙单元的电流激励幅度。并根据各单元的电流激励幅度计算电导值(电阻值),根据提参曲线,通过插值法得到各个缝隙的结构参数,完成整个阵面上的缝隙设计。由于整个阵列尺寸较大,缝隙数目较多,需根据对称性原则将整个阵列分块建模及加工,并根据阵列的组合要求对馈电网络进行合理的设计。

关键词：基片集成波导等效电路缝隙参数提取泰勒综合功分馈电网络

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频率选择表面电磁波调控与RCS缩减研究

频率选择表面电磁波调控与RCS缩减研究

作者：张宇豪华中科技大学

学位级别：硕士

隐身设计中通常在外形隐身的基础上使用隐身材料来进一步降低目标的雷达散射截面(RCS)。隐身材料主要分为吸收型和波束调控型,并集中于对主出射波束的处理。而实际应用中,目标通常由多个平面构成,不可避免地存在斜入射和多次反射情况,... 详细信息

隐身设计中通常在外形隐身的基础上使用隐身材料来进一步降低目标的雷达散射截面(RCS)。隐身材料主要分为吸收型和波束调控型,并集中于对主出射波束的处理。而实际应用中,目标通常由多个平面构成,不可避免地存在斜入射和多次反射情况,此时回波主要来源为后向旁瓣和多次反射主波束。吸收型材料对于后向旁瓣的吸收作用有限,宽频带内的调控主波束经过多次反射后具有不可控性。在此背景下,本文以频率选择表面(FSS)为基本研究对象,结合超表面设计方法与阵列天线综合技术,实现了有源波束调控多样化和斜入射RCS缩减,提高了FSS在隐身应用中的可靠性和功能多样性。本文的主要研究内容如下:首先,设计宽带无源相位梯度FSS并通过仿真和实测证明了超表面广义斯涅耳定律对FSS设计同样适用;以该定律为理论基础设计了基于PIN二极管的有源波束可调相位梯度FSS,其中二极管的通断对应单元相位的0°、180°切换,并利用等效电路法验证了设计的合理性;分析了相位梯度、频率和异常反射角之间的关系,提出通过控制通电列数来改变相位梯度大小,进一步调控波束反射角度。全波数值仿真表明不同通电列数对应的各个模式可以实现宽角域波束调控,并以二面角为例说明了通过调控模式可以充分发挥波束调控FSS的RCS缩减性能。其次,设计了基于幅值可调单元的低副瓣FSS,其中单元的正入射反射系数幅值随加载电阻阻值变化但相位保持不变;FSS与阵列天线同为二维周期结构,故利用阵列天线低副瓣综合,将不同幅值单元按泰勒分布排列,实现正入射显著旁瓣抑制并兼顾斜入射部分抑制效果;全波数值仿真表明该FSS在8-12 GHz可实现5-40°斜入射单站RCS缩减10 dB以上。为了提高正入射的吸收性能和斜入射的旁瓣抑制性能,以PIN二极管作为可变电阻来替代固定电阻,设计了强吸收与旁瓣抑制多功能FSS,数值仿真表明在8.5-11 GHz可实现0-40°角域内10 dB以上单站RCS缩减。

关键词：频率选择表面电磁波调控 RCS缩减泰勒综合

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机载低副瓣阵列天线的设计与仿真

机载低副瓣阵列天线的设计与仿真

作者：周继容西安电子科技大学

学位级别：硕士

电大尺寸平台中的天线性能分析一直是电磁工程领域的重要课题之一。在众多电磁计算方法中,矩量法(MoM)与物理光学法(PO)形成的混合方法(MoM-PO)经常被用来仿真此类问题。然而,对于低副瓣天线等实际应用,PO的计算精度往往难以满足工程需... 详细信息

电大尺寸平台中的天线性能分析一直是电磁工程领域的重要课题之一。在众多电磁计算方法中,矩量法(MoM)与物理光学法(PO)形成的混合方法(MoM-PO)经常被用来仿真此类问题。然而,对于低副瓣天线等实际应用,PO的计算精度往往难以满足工程需求。为了获得高精度仿真结果,一种理想的方法是利用MoM一体化仿真天线阵列与平台。虽然高阶基函数、核外技术、并行计算技术等先进技术的发展极大地扩展了MoM的仿真能力,但是对于数百波长的电大平台,由于计算资源限制,利用MoM进行精确仿真仍然比较困难。针对电大尺寸平台中天线性能分析,本文研究了低副瓣天线阵列的泰勒综合,并设计了一种有效的计算方法——高阶矩量法与多层快速多极子的混合方法(HoMoM-MLFMA)。天线阵列通常包含大量细小结构以及金属、介质材料,本文采用HoMoM进行仿真。与传统基函数(如RWG基函数)相比,高阶基函数显著降低了未知量,进而降低了计算量与存储量。为了避免矩阵方程迭代求解收敛慢的问题,HoMoM采用LU分解求解矩阵方程。对于电大尺寸平台,采用MLFMA进行仿真。然后通过近场考虑天线与平台之间的耦合。数值结果表明,HoMoM-MLFMA的计算精度明显优于MoM-PO。为了进一步提高HoMoM-MLFMA的计算能力,本文在串行算法基础上研究了HoMoM的矩阵分块并行策略及MLFMA的自适应平面波划分并行策略,并利用并行算法仿真了2132单元的微带天线阵列安装于400波长飞机平台后的受扰辐射特性。

关键词：高阶矩量法多层快速多极子方法混合算法泰勒综合微带天线阵列

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毫米波脊波导缝隙平面阵列天线的设计研究

毫米波脊波导缝隙平面阵列天线的设计研究

作者：曹燕南京邮电大学

学位级别：硕士

波导缝隙天线是缝隙截断波导壁上表面电流,使波导腔内电磁波通过缝隙向外空间产生辐射的天线。波导缝隙天线结构紧凑,体积小,机械强度高,辐射口径分布易于控制,因此能实现较高的辐射效率,可以实现高增益、低副瓣。毫米波频谱广,信息容量... 详细信息

波导缝隙天线是缝隙截断波导壁上表面电流,使波导腔内电磁波通过缝隙向外空间产生辐射的天线。波导缝隙天线结构紧凑,体积小,机械强度高,辐射口径分布易于控制,因此能实现较高的辐射效率,可以实现高增益、低副瓣。毫米波频谱广,信息容量大,波长短,分辨率高,穿透能力强,抗干扰能力强。毫米波波导缝隙天线兼具频段和天线类型的优势,并且因为更小的体积,更适合与载体共形,应用场景十分广泛,包括机载、舰载的导航、雷达等领域。本论文基于波导缝隙天线理论,围绕毫米波段高增益低副瓣小型化宽带化天线的分析和设计展开研究,主要工作如下:(1)脊波导结构分析设计首先根据脊波导尺寸小、带宽大的优势,选定其为天线小型化的实现载体。以同频段标准波导尺寸为初值,对脊波导尺寸进行仿真优化选择。首先设计了94GHz天线的脊波导,结构最终内横截面积为1.45mm,是W波段标准波导WR10横截面积的45%,且仿真结果显示脊波导中TE模的工作频段包含整个W波段。以相同方式,还设计了220GHz天线的辐射脊波导,其内横截面积为0.332 mm,是同频段标准波导WR4的55%。两款天线均利用脊波导实现小型化。(2)阵列口径分布设计根据高增益和低副瓣需求确定阵元数量和阵列排布,因阵元数量较大,选择泰勒综合法进行阵列分布。并建立小型参数提取模型,将阵列口径分布转化为缝隙结构参数分布,完成天线设计。仿真结果表明,94GHz脊波导缝隙天线最大增益32.17d B,副瓣电平可达-25.3d B,220GHz脊波导缝隙天线最大增益32.7d B,副瓣电平可达-18.1d B,均满足高增益低副瓣要求。(3)阵列馈电设计介绍分析了单层和多层馈电方式。94GHz天线采用耦合波导中心馈电,着重分析优化了馈电口处辐射波导的脊上耦合缝隙宽度,最终在94GHz实现良好匹配,驻波比为1.27,工作频带为93.3GHz-94.5GHz,带宽较窄。出于优化带宽的考虑,220GHz天线采用波导功分网络中心馈电。波导功分器通过3层H面波导T型结级联而成,通过仿真优化,工作频带为205.2GHz-230GHz,改善了带宽性能。两款不同频段天线的设计验证了设计方法的普适性。

关键词：缝隙天线脊波导泰勒综合功分网络