多极化相控阵天线的研究

本文讨论了多极化相控阵天线在最佳信号接收,抗干扰及目标识别方面的用途。分析了各种干扰情况下变极化的抗干扰效果。对多极化相控阵天线单元的各种型式、优缺点及目前达到的性能指标作了归纳和比较。讨论了栅格和阵元尺寸选择的方法。对分析阵的扫瞄和极化特性及宽角宽带阻抗匹配的各种方法作了归纳和探讨。比较了两种基本型式的变极化电路,对变极化阵的可能馈电形式进行了讨论。     

多极化多元波导模拟器利用一种内插法来予测全扫瞄空间的阻抗特性

利用一种圆滑斜坡函数作为内插函数,可以将测量出的多极化波导模拟器的有限的、离散的扫瞄点的阻抗特性(包括交义极化的相互影响)扩展到整个扫瞄空域。内插是在两个多极化波导模拟器的测量结果基础上进行的。内插结果与该阵的理论计算曲线(该曲线已由实验验证是正确的)相比较发现,在给定模拟器尺寸足够大时(即模拟点足够多),在全扫瞄空域两者一致性很好,内插误差很小。即使是在与电场极化方向相平行的扫瞄面上(该面不能模拟此种极化),结果也是很好的。从而证明了这种内插法用于多极化多元波导模拟器,对予测在全扫瞄空域内各种极化状态下的阵反射特性的有效性。同时,通过对反射特性的予测,也可推算出阵在两个主扫瞄面上阵的单元方向图。因此,利用这种内插法可以大大扩展多极化多元波导模拟器的用途,成为研究和设计多极化相控阵的重要工具。显然,这种方法对单极化也是完全适用的,因它是多极化的一种特例。     

前言

我院相控阵天线研制组自1973年以来开展了对多极化相控阵天线的研究。本专辑收入的15篇文章是前一阶段研究工作的部分初步总结。重点企图从理论上、方法上、基本公式推导和物理概念上阐明多极化相控阵天线研究中的若干基本问题。文中引用了大量计算数据和实验数据,其目的也是为了更好地阐明这些问题,而不是为了介绍这些结果本身。本专辑主要内容可分为四个部分。     

多极化相控阵天线的散射矩阵及其应用

本文分析了将多极化相控阵天线等效为一个八端网络时,散射矩阵的确定。详细推导了相控阵天线传输系数的计算公式,指出了国外某些文献在这方面的错误。然后,讨论了利用此散射矩阵可以解决的一些工程实际问题。这些问题有确定阵中单元方向图;估价任意极化情况的反射和传输特性(包括极化质量);分析阵前和阵后具有不连续点(或段)对辐射方向图的影响;确定最佳阻抗匹配网络的同时可以考虑极化质量等等。     

单极化圆台相控阵天线的空域极化特性

针对水平或垂直极化偶极子激励的单极化圆台相控阵天线,建立了其电扫描时空域极化特性的数学模型.理论分析和仿真结果表明单极化圆台相控阵天线的空域极化比随观测角偏离法线方向的角度单调递增,随斜面倾角增大而单调递减.同时,圆台相控阵天线的方向图与阵元极化方式、波束指向角以及观测角有关.圆台阵面规模越大,方向图和空域极化变化越丰富.以上结论为基于圆台相控阵天线空域极化特性的极化散射矩阵测量、极化滤波和抗干扰等研究提供了理论依据,为全极化圆台相控阵天线设计、极化特性分析和极化校准等研究奠定了理论基础.     

电扫偶极子相控阵天线的空域极化特性分析

推导了偶极子线性阵列和平面相控阵天线在空域波束电扫时辐射场的极化特性,建立了数学模型。计算结果和仿真分析表明:偶极子相控阵天线辐射场在空域扫描各个波位的极化特性并不一致,是具有一定差异的,当待测目标的方向偏离天线电轴方向时,所接收到的电波极化状态也会随偏离电轴的方向和仰角而改变。该结论对于现代电子战中相控阵天线系统的精确建模与仿真具有重要意义,对于研究和利用天线的极化特性进行雷达极化抗干扰技术是非常必要的。     

多极化相控阵天线的宽带和宽角阻抗匹配与极化特性

本文以多极化圆波导阵为例,分析了阻抗(或反射)和极化随频率和扫瞄变化的规律。探讨了宽带和宽角阻抗和极化匹配的一般特点及可能采用的方案。讨论了目标函数的选择和确定它的各种方法,介绍了使目标函数最优化的几种方法。     

多极化圆波导相控阵的计算程序

一、程序的功用和适用范围本程序适用于计算任意三角形栅格、多极化圆波导阵,圆波导内可以充填任意介电常数的材料。对程序作很小的修改,也可用于矩形栅格。本程序利用算法语言FΦRT-Ⅱ编制。它可以计算在三个波长、四十个扫瞄点和五种极化情况的反射和极化特性。五种极化为垂直、水平、45°斜极化以及左右圆极化。如果需要的话,对程序作微小变动,也可增加波长、扫瞄点和极化种类的数目。     

多元波导模拟器模拟多极化相控阵天线的分析与试验

本文分析了采用多元波导模拟器模拟工作在多极化情况的无限平面天线阵的反射特性的可能性。结果表明,用来模拟单极化的多元波导模拟器,当每个单元用一对正交通道传输讯号,并考虑到交叉耦合存在的情况下,也可以用来模拟多极化阵。把模拟器作为2N×M端口的网络,导出了适用于各种极化的反射系数公式,当对此2N×M端口网络的散射系数进行2N×M次测量后,即可求得阵在各种极化下的N×M个扫瞄点的反射特性。以一个三角形排列的阵的模拟器作实验,验证了理论分析,并讨论了具体设计和试验中的一些问题。     

电磁带隙结构单脊波导缝隙相控阵天线的实验研究

提出一种电磁带隙结构交错排列的单脊波导缝隙相控阵天线,并与相同尺寸的普通单脊波导缝隙相控阵天线作比较。测试结果表明该天线的方向图得到了明显的改善,单元之间的耦合系数减小,背瓣的辐射电平显著降低,扫描特性得到了改善;同时也说明了电磁带隙结构可以取得比扼流槽更好的抑制表面波的效果。这对于提高单脊波导缝隙相控阵天线的辐射性能具有重要意义。     

一种估计来波信号极化状态的新方法

干扰场的极化估计是自适应极化滤波器首要的也是最为关键的一步,极化估计器的精度直接制约极化滤波器的滤波效果.基于单极化雷达接收天线的空域极化特性,提出了一种来波信号极化状态的估计方法.首先介绍了算法的估计原理,并对算法性能进行理论分析,在此基础上,进行相应的计算机仿真实验,探讨了影响估计性能的主要因素及提高算法性能的主要途径.理论推导和计算机仿真结果均证明了估计算法的有效性.     

基于双柱的小型无人机极化信道模型特性研究

利用基于双柱信道参考模型的几何理论,提出了一种基于极化多输入多输出(MIMO)的小型无人机信道模型。该建模方法提到了MIMO信道去极化现象,为分析计算交叉极化鉴别率(XPD)提供了一种机制。分析了极化MIMO模型中发射机侧单跳的XPD问题,并对散射体分布对XPD的影响进行了数值模拟。研究发现,极化MIMO信道的XPD取决于MIMO子信道和其阵列方向,在多极化天线系统设计中应充分考虑这一因素。     

圆波导斜劈形端口辐射器的有限元分析

有限元法(FEM)适用于电磁场的散射、辐射和透射,运用三维有限元法分析了圆波导斜劈形辐射器的辐射场并计算出圆波导内部场分布,用此方法计算了X波段的辐射场,与相关文献进行了比较,结果在主瓣相当一致,分析表明在C波段圆波导TM01模斜劈形辐射器斜切角为30°时,辐射波束偏离轴向27°～42°,增益为11～14dB,可以作为高功率微波的辐射天线。     

几个标量积的计算

在分析圆波导相控阵时,必然要计算波导模函数之间以及它与自由空间模之间的标量积,本文给出有关的几个标量积之间的计算。§1 归一化模函数在圆波导中,应采用柱坐标进行计算。现取柱坐标系如下:取圆波导中心轴线为oz轴,并以垂直于圆波导中心轴线的平面为xoy平面,坐标原点o位于平面与轴线交点处,且o-xyz成右手系统。在这直角坐标系的基础上,取圆柱坐标系如下:取坐标系的     

介质加载的方—园波导接头的分析与计算

本文推导了具有介质加载的方——圆波导接头这一类边值问题的计算公式。讨论了一些特殊公式的数值计算技术。讨论和分析了这两个波导中模和模数的选取以及相对收敛现象。由边值问题的解答建立了方——圆波导接头的等效线路,并给出数值计算结果的实例。     

园顶阵的几何光学分析

本文讨论了分析园顶阵的几何光学方法,推导了带柱面透镜顶的相控阵(二维阵)和带球面透镜顶的相控阵(三维阵)的口径场幅度、相位的计算公式及口径场的极化。对二维阵用几何光学法和绕射法计算,结果表明,当阵相当大时,两种方法所得结果是相当符合的。     

微波信号海面超视距传播的建模和实验分析

介绍了雷达信号的海面传播特性,给出了抛物方程和射线追踪方法,讨论了出现概率较高的海洋环境:蒸发波导、表面波导和悬空波导,及相应的折射率剖面.研究了和距离有关的电波环境,比较两种模型算法在不同大气条件下、不同频段的电波传播特性结果,同时给出了实验分析结果.结果表明:射线追踪法能给出场模式的合理定性图,较抛物方程法,具有直观和计算速度快的优点,尤其在视距范围内更适用.     

圆波导中测定手性复合材料屏蔽效能的数值模拟

为实现理论分析和实验结果的相互印证,首先理论分析了单层手性复合材料作为屏蔽体时,材料的电磁特性参数与屏蔽效能之间的关系,给出自由空间中屏蔽效能两种常用的表达形式,并结合圆波导边界条件给出关系式的修正结果;然后模拟研究了在利用圆波导测定手性材料屏蔽效能情况下,电磁参数与屏蔽效能的关系.在导电性基质材料和磁性基质材料情况下,分别利用Matlab软件模拟了介电常数虚部和磁导率虚部对屏蔽效能的影响,为实验结果的理论分析提供一种研究途径.     

基于D-S理论及Einstain算子的ISM模型分析

在评价相控阵天线质量的传统方法中,往往依据指标主要属性分类成层,容易忽视指标间的复杂联系。针对该问题,从研究指标间的内部关系出发,搭建了反映相控阵天线质量特性的解释结构模型。并着重探讨如何分析该模型,将模型分为"一对多"和"多对一"两种基本结构,利用D-S理论、模糊分配及Einstain算子详细叙述了这两种结构的求解过程。最后,以该方法在某型远海机动水文监测雷达天线中的具体应用,验证了ISM模型从建立到分析整个过程的可行性和准确性。     

低RCS EBG波导缝隙阵列天线

将Mushroom电磁带隙结构(Electromagnetic Band Gap,EBG)的表面波带隙和同相反射特性同时用于波导缝隙阵列天线的设计,利用EBG的带隙特性抑制天线阵中的表面波,以改善天线的辐射性能;利用EBG的同相反射特性实现天线雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的减缩,天线综合性能得到较大提升。制作了EBG波导缝隙天线阵样品,并对天线阵的阵元互耦、辐射方向图及天线阵RCS等指标进行了测试,结果与理论预期相吻合,有效地降低了阵元间互耦及天线阵RCS。