多极化圆波导相控阵天线的理论计算分析和实验

本文是未加匹配结构的多极化圆波导相控阵天线理论分析计算和实验的结果。文中介绍了分析均匀无限平面相控阵天线的理论方法,讨论了数值计算结果有效性的检验方法,重点介绍了收敛试验的结果。对计算结果进行系统分析,着重讨论了多极化圆波导阵的极化特性,对极化特性和阻抗特性、交叉极化分量间的关系得到新的明确的认识。模拟器实验结果和计算结果比较一致,证明计算结果是有效的。     

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。     

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。     

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。     

粒子群算法用于阵元失效校正

相控阵天线由成百上千的阵元组成,以其独特的优势迅速发展。在实际应用中,由于各种原因会出现阵元失效的情况。严重的影响相控阵天线的使用。由于相控阵天线幅相可控的特殊性,可运用幅相调控的方法对失效阵元造成的损失进行校正。运用粒子群算法对失效后的阵面进行优化,寻找最优解使失效后的阵面达到一个较好的状态,使阵元失效后的阵面天线能降低性能投入使用。     

粒子群算法用于阵元失效校正北大核心

相控阵天线由成百上千的阵元组成,以其独特的优势迅速发展。在实际应用中,由于各种原因会出现阵元失效的情况。严重的影响相控阵天线的使用。由于相控阵天线幅相可控的特殊性,可运用幅相调控的方法对失效阵元造成的损失进行校正。运用粒子群算法对失效后的阵面进行优化,寻找最优解使失效后的阵面达到一个较好的状态,使阵元失效后的阵面天线能降低性能投入使用。     

基于相控阵雷达自适应波束形成的抗干扰技术

基于相控阵雷达自适应多波束,研究了相控阵雷达抗干扰的新方法,该方法把自适应波束调零控制技术、副瓣对消技术和极化选择抗干扰技术综合应用于相控阵接收多波束形成中,使相控阵雷达具有良好的抗干扰性能。     

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。     

口径型单元相控阵天线的分析计算方法介绍

一、引言这里所谓相控阵天线的分析计算方法,确切地说是指阵中辐射单元的分析计算方法。我们知道相控阵天线的三大组成部分包括辐射单元移相器和馈电网络。其中移相器和馈电网络都可作为独立部件来进行设计,设计好后置于阵中其性能变化不大。而辐射单元则不同,由于大量辐射单元同处于一个孔径面内,各单元之间存在互耦效应,使辐射元在阵中的性能与孤立单元的性能完全不同,因此辐射单元必须在阵环境中设计。当     

频率分集阵列及其研究进展

与只提供角度依赖天线方向图的相控阵不同,频率分集阵列(FDA)在每个阵元上引入了载频差,以提供距离-角度相关的天线方向图,这使得FDA具有抑制距离模糊杂波、抗距离依赖性干扰等相控阵没有的优点。简要介绍了FDA的基本原理、波束形成和接收处理机制,梳理了FDA的研究进展,主要包括目标位置估计、FDA与MIMO雷达结合抗干扰、在SAR成像中的应用以及机载雷达距离模糊杂波抑制等4个方面,最后分析了FDA雷达在实际应用中所面临的两个关键问题以及应用前景。     

全极化辅助天线对消极化干扰方法分析

针对雷达探测信号多为线极化而干扰信号一般为圆极化的特点,提出通过全极化辅助天线的主极化和交叉极化接收通道,将干扰信号从回波信号中分离,从而对主天线接收到的干扰信号进行对消的抗干扰方法。这一方法不受干扰信号极化方式的影响,除与雷达探测信号同极化的信号外,可对抗任何形式的极化干扰信号。分析了对固定极化干扰信号的对消效果,包括转发式干扰和压制式干扰,证明了方法的可行性。     

相控阵天线物理和功能毁伤评估方法研究

针对相控阵天线毁伤评估中物理毁伤情报提取难、功能毁伤程度判断难的问题,运用计算机视觉和相控阵天线仿真技术,探索智能化毁伤评估方法。在航侦图像基础上,通过计算机视觉技术提取遭毁伤阵元位置信息,得到物理毁伤结果,根据阵元位置信息在Matlab环境中构建天线模型,仿真对比打击前后探测距离和抗干扰性变化,得到功能毁伤情况。仿真结果表明,该方法可以较好地提取物理毁伤信息,通过软件仿真构建物理毁伤与功能毁伤间映射关系,相关研究结果为智能化快速开展相控阵天线毁伤评估提供了新的方法和思路。     

二维波束控制引信与定向战斗部配合

将相控阵天线引入引信中,实现了引信天线波束的二维控制。研究了相控阵天线的基本原理,给出了波长、扫描范围和阵元数等参数的值。研究了目标脱靶方位识别原理,分析了定向战斗部破片动态杀伤区的散布特性。把定向战斗部中心破片飞向角与引信波束指向角之差作为起爆控制量,提出了一种相控阵引信与定向战斗部配合的方法。仿真结果表明,这种方法能精确控制战斗部起爆时机,提高引战配合效率。     

名词注释

极化极化是各种矢量波共有的一种性质。天线的极化是指天线辐射的电磁波的电场和磁场的方向。通常分为水平极化、垂直线极化、圆极化等。雷达为了抗干扰等目的,将天线的极化做成可变的。余割平方天线雷达用窄窄的波束探测广阔空域的目标,扫描所用的时间太长。为了节省搜索目标的时间,同时兼顾到测向精度和分辨力,可以在一个方向上产生宽的扇形波束、而另一个方向上仍用窄波束。这样的天线叫作“赋形波束天线”。余割平方天线就是一     

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。     

新型频率选择表面加载双极化超宽带紧耦合阵列天线

为使紧耦合阵列天线在超宽频带内实现电磁性能更佳、辐射性能更稳定的目的,提出一种新型条形频率选择表面宽角阻抗匹配层加载的双极化超宽带紧耦合阵列天线。通过高频仿真软件CST周期边界条件对阵列单元截断并进行研究分析。掌握阵元阻抗和辐射等电磁性能后,优化设计并加工出一个6×6单元的阵列天线进行实际测量。测量结果表明,该天线在2~12 GHz的频带内驻波比均小于3,驻波比带宽为10 GHz。带内辐射特性稳定,主瓣电磁能量集中,交叉极化小。工作频带内,最大增益可以达到13 dBi。该阵列天线可应用于超宽带相控阵天线领域中。