宽频带宽角域扫描的圆极化相控线阵设计

针对传统相控阵工作频带窄、圆极化波束扫描角度小的问题，设计了一款宽波束天线单元以及1×6相控线阵。采用叠层贴片技术展宽天线的阻抗带宽，设计新型的三维地结构拓展天线的波束宽度，利用介质匹配层技术改善天线在低仰角区域的阻抗匹配，并通过双点馈电实现圆极化辐射。仿真与实测结果表明，天线单元的3 dB波束宽度在4.3~5.6 GHz的频带内均大于115°。天线阵列在4.5~5.3 GHz的频带内，主波束的最大扫描范围为-57°~58.5°，其3 dB波束覆盖范围达到185°，在主波束的扫描范围内轴比小于6 dB，具有良好的宽频带宽角域的圆极化扫描特性，在卫星通信、移动基站等领域有广阔的应用前景。     

一种小型半U型缝折叠超宽带微带天线

提出了一种四分之一波长半U型缝隙折叠超宽带微带天线。该天线采用短路面加载半 U型缝隙以及折叠辐射贴片的方法,实现了小型超宽带特性;天线的尺寸为18 mm×7. 5 mm×7 mm,相对波长尺寸为0231λg×0096λg×009λg （λg是天线 带宽最低频率对应的介质中波长）。仿真显示,天线的阻抗带宽为393%,仿真辐射方向图 稳定,平均增益4.3 dB。由矢量网络适量分析仪E5071C实测天线模型,天线的带宽为3 86～6.47 GHz,相对带宽为5053%,并且从3.53 GHz到大于8.5 GHz频段上 电压驻波比小于3,相对带宽超过826%。     

一种小规模超宽带相控阵天线设计

目前基于阵元间强耦合效应已设计出超宽带相控阵天线，但是其规模较大。针对规模小或者在扫描方向上规模小，如何增强阵元间耦合而实现超宽带相控阵天线的问题，采用平衡对踵Vivaldi天线(BAVA)作为天线单元，优化天线单元辐射金属的形状，并采用镜像法布阵天线单元设计出一个小规模4×16的斜极化超宽带相控阵天线。仿真和试验结果表明，采用的方法可以增强小规模超宽带相控阵天线的阵元间耦合效应，实现频率0.8f0~2.0f0驻波比小于2，法向增益达17.34~23.0 dBi，在±45°范围内实现无栅瓣扫描。该小规模超宽带相控阵天线已在实际工程中应用。     

采用新型馈电结构的双频宽带导航天线设计

基于新馈电结构,设计了一款覆盖全球四大卫星导航系统的双频宽带贴片天线。采用了一种四分八馈电线路,以8个同轴馈电探针两两相连的方式将两路天线馈电信号合为一路,有效简化了馈电网络的复杂性,同时保证了天线辐射的增益、带宽和轴比性能。该双频辐射贴片单元采用正八边形层叠式结构设计,并在每个天线单元边缘对称添加两组矩形调谐单元,有效增加了天线辐射的波束带宽。该双频天线单元在高频1.482~1.617 GHz（波束带宽155 MHz）和低频1.191~1.252 GHz(波束带宽61 MHz）频段范围内,都能保证良好的辐射增益;高低频的3 dB轴比带宽为-130°~130°,具备良好的圆极化性能。经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。     

一种单层双频宽带GNSS测量型天线设计

基于单介质层结构,设计了一款双频宽带全球卫星导航系统（GNSS）测量型天线,天线采用单层高性能轻质复合材料作为双频微带天线共用的辐射介质基板。双频辐射贴片单元采用共面齿轮结构设计,并在天线单元外围设置一系列短路销钉来有效改善天线轴比带宽、低仰角辐射增益等参数,四馈点馈电技术和宽带耦合相移馈电网络的应用保证了天线相位中心稳定度更加可靠。设计结果表明,该双频天线单元大于等于5 dBi的辐射增益带宽均大于245 MHz,高低频3 dB轴比带宽分别为-76°~76°和-116°~116°,低仰角90°增益滑落均小于11.5 dB,经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。实测频谱显示,该天线工作频段覆盖目前在运行的四大导航系统全部工作频点,较好满足GNSS精确测量与定位系统终端设备应用需求。     

一种改进的小型化超宽带平面倒锥缝隙天线

提出了一种改进的超宽带平面倒锥缝隙贴片天线,通过调整倒锥缝隙和倒锥贴片的形 状,在更小尺寸条件下,实现了超宽带性能。天线总体尺寸为40 mm×40 mm× 1.5 mm。采用仿真软件分析了该天线的阻抗带宽、辐射方向图及增益特性。结果显示,该 天线的回波损耗小于-10 dB的带宽为2.2 GHz到大于16 GHz,在低频段具有全 向性,在3～14 GHz频段增益随频率的变化在4～7 dB之间。     

用于船舶自动识别系统的机载阵列天线设计

为了满足船舶自动识别系统抗干扰性能的要求，设计了一种机载阵列天线。天线阵列由5个单极子天线单元组成，整体尺寸为Φ720 mm×306 mm，天线单元沿圆周均匀排列。通过泰勒分布和牛顿优化算法，优化阵列的辐射幅度及相位，得到实测的方位面增益-15 dB抑制范围达到128°，-20 dB抑制范围达到77°；装机后-15 dB抑制范围在114°以上，-20 dB抑制范围在51°以上。该阵列天线结构简单，成本低，满足机载环境的使用要求。     

带引向器的非对称平衡对拓Vivaldi天线设计

设计了一副改进的非对称平衡对拓Vivaldi天线。辐射贴片外边缘用3阶多项式曲线修正，以实现很宽的阻抗带宽。在天线口径处嵌入一个金属贴片作引向器以改善天线的辐射特性。对辐射贴片引入非对称性，使得E面波束偏离得到进一步补偿。实测结果表明，该天线具有极宽的工作带宽，在2~40 GHz内的增益大于0 dBi，且在15~30 GHz内的增益大于14 dBi；E面的波束偏离在6~40 GHz频率范围内小于3°。该天线具有结构简单、尺寸紧凑（44 mm×98 mm）以及方向图稳定等优点。该天线能够较好地应用于相控阵、超宽带系统等。     

一种低轨卫星通信天线多工作模式波束实现技术

在分析低轨卫星通信系统中不同链路所需波束类型的基础上,将所需波束类型归纳为宽波束和可切换点波束两大类,进而提出了用一副相控阵天线来实现这两种波束的方式。以16×16单元顺次旋转切角阵为研究对象,采用最小二乘优化方法综合阵列方向图,得到对地等通量覆盖的宽波束;合理设计波束分布,采用相控阵常规的波束切换功能,得到点波束覆盖图。仿真结果表明,宽波束和可切换点波束均能实现对星下±55°范围的覆盖。相比常规的多天线方式,这种多工作模式波束实现技术大大降低了卫星系统的复杂度,降低了设计、集成、测试和维护卫星天线系统的时间和成本,降低了卫星平台天线布局的难度,因此具有重要意义。     

一种单层贴片式双频双极化滤波天线

设计了一种单层式跨频段双频双极化滤波天线。该天线在同一平面上的高频低频辐射贴片共用一个馈电端口，且均可以在两个垂直方向馈电实现交叉方向的线极化辐射。该天线通过在馈电点与低频辐射贴片之间插入一个低通滤波器，明显提高了高频辐射贴片的交叉极化隔离度。研究结果表明，带滤波结构的天线在两个频率点的反射系数小于-20 dB，4.9 GHz的最大增益大于4.8 dBi，26 GHz的最大增益11.7 dBi，〖JP2〗两个辐射频率的辐射方向图均体现良好的线极化特性，且主极化比交叉极化大20 dBi。该天线可作为未来微波与毫米波共用的5G通信终端天线或5G通信基站的MIMO天线阵元，相关技术和结论对于研制一体化集成的双频交叉极化相控阵天线也有重要参考价值。     

一种大规模发射阵列的稀布方法

为了提高大规模发射阵列的优化效率和降低大规模发射阵列的散热压力,提出了一种基于子阵和交替迭代的大规模发射阵列稀布阵方法。首先给出了大规模发射阵列基本子阵结构的确定原则,接着建立基于基本子阵结构的优化模型,之后交替迭代地对基本子阵结构的中心位置进行优化,在优化过程中各基本子阵结构的中心位置的移动总是使得发射阵列方向图函数的最大旁瓣最小。仿真实验表明,提出的大规模发射阵列稀布阵方法能够较快地收敛到较优的结果。     

智能天线阵列误差校正算法的实验验证

阵列误差的校正是智能天线技术实用化的关键所在。对各种阵列误差进行了深入分析并建立了数学模型。阵列误差可以用一个误差矩阵来表征,通过对误差矩阵的估计,能够恢复理想的阵列流型。实验结果表明,这种阵列误差校正方法能够有效减小各阵元通道之间的差异,改善了系统的性能。     

平面六边形稀疏阵列天线的优化

针对标准的差分进化算法只能处理连续空间的优化问题,提出了一种基于取整策略的差分进化算法。该方法只需要对优化变量进行四舍五入取整,就能够把标准差分进化算法用于稀疏阵列天线方向图优化。将取整策略的差分进化算法应用到六边形平面稀疏天线阵的布阵设计。为了计算六边形阵列天线的方向图,提出在口径中添加虚拟单元的计算模型,把六边形阵列转化为可以实现二维快速傅里叶变换的矩形阵列。以改善阵列峰值副瓣电平为目的进行仿真试验,结果表明,优化后的稀疏天线阵峰值旁瓣电平与采用遗传算法相比改善了4.5~5.1 dB,且具有计算速度快、稳定性好的优点。     

基于微分几何的平面天线阵列测向精度研究

利用阵列流形的微分几何作为分析工具,构造了实际使用中常见的平面天线阵的几何结构,并对这些阵列结构的测向精度进行了研究和全面仿真。通过比较各种天线阵几何结构的优劣,可以从中选择一种合适的、最优的阵列结构,避免设计的盲目性和随意性。这为超分辨阵列结构的选择和设计提供了一条有效的途径,在实际应用中将具有十分重要的参考价值。     

共形天线阵元位置误差校正的辅助阵元法

共形天线的安装和测量以及载体平台表面的变形和振动均会引起阵元位置误差,严重影响 共形天线的测向性能。通过设置４个方位未知的精确校正的辅助阵元,实现了共形天线大尺度三维 的阵元位置误差校正。给出了阵元位置误差条件下共形天线导向矢量的方位依赖的幅相误差等效 表示模型;基于子空间原理得到等效的方位依赖的幅相误差估计,进而得到共形天线阵元的三维位 置误差估计。该方法可以实现共形天线校正信源来波方位和阵元三维位置误差的联合但“去耦”估 计。计算机仿真结果验证了共形天线阵元位置误差校正的辅助阵元法的有效性     

采用非线性最小二乘法实现双频圆形天线阵的方向图综合

研究了20GHz和30GHz双频段圆环阵列天线的方向图综合方法。采用了非线性最小二乘法对影响天线方向图的诸多参数，如单元的幅度和相位、单元间距以及单元在阵中的位置进行优化设计，以使双频段阵列方向图在最小二乘意义上逼近预先给定的理想方向图。仿真结果表明该方法可行、有效。     

基于迭代FFT算法的平面稀疏阵列优化方法

提出了一种基于迭代FFT算法的优化方法来实现平面稀疏阵列的峰值旁瓣电平优化 ,并给出了详细的优化步骤。在给定的旁瓣约束条件下,利用阵列因子与阵元激励之间存在 的傅里叶变换关系,对不同的初始随机阵元激励分别进行迭代循环,就可以降低稀疏阵列的 旁瓣电平。在迭代过程中,根据稀疏率将阵元激励按幅度大小置1置0来完成阵列稀疏。仿真 实验证明了该方法的高效性和稳健性。     

一种平面稀疏阵列的快速综合方法

以快速综合出满足期望方向图以及阵元数最少的平面阵列为目标,提出一种基于迭代加权1范数的平面阵列综合方法。该方法将平面稀疏阵列综合问题转化为加权1范数最小化的稀疏信号重构过程,并利用拉格朗日乘数法求解每次迭代中的阵列加权向量的闭式解,由于二维平面的空间采样导致闭式解中存在大规模矩阵的求逆运算,进而引入共轭梯度法以促进算法加速收敛。当满足迭代终止条件时,由加权向量的非零值确定平面阵列的阵元位置及其激励。仿真结果表明,该方法能有效提高平面稀疏阵列综合的收敛速度。     

平面稀疏阵列天线的约束优化设计

针对有阵元数和阵列口径约束的矩形平面稀疏阵天线的综合问题,提出了一种基于整数编码的差分进化算法。该方法以每个阵元的栅格位置编号作为设计变量,使阵列的稀疏率满足约束条件,避免了优化过程中的不可行解,还减少了优化变量的个数。为了加速优化过程,采用快速傅里叶变化计算阵列的方向图。以改善阵列峰值副瓣电平为目的进行仿真试验,结果表明：优化后的稀疏天线阵峰值旁瓣电平比现有方法相比改善了1.2~1.7 dB,且具有收敛性和稳定性好的优点。     

分布式嵌套阵列及其DOA估计

提出了一种分布式嵌套阵列天线结构,由两个相互独立的四级嵌套子阵构成。两个子阵间存在一个基线长度,且满足一定条件。对该阵列天线接收到的信号进行高阶累积量和Khatri-Rao积运算可以得到三个完全相同的均匀直线阵列天线结构。针对新得到的阵列天线结构,使用基于空间平滑技术的双尺度酉旋转不变子空间（ESPRIT）波达方向（DOA）估计算法对信号进行DOA估计。该方法可以有效地提高阵列天线的自由度,进而达到提高估计精度的目地。仿真结果证明了基于所提出阵列天线结构的DOA估计方法的有效性。