基于紧耦合结构的阵列天线与宽带吸波器研究
低剖面双圆极化阵列天线研究
低剖面双圆极化阵列天线研究自上世纪五十年代合成孔径雷达(SAR)出现以来,其发展受到广泛关注,SAR 最早应用于军事侦查,但其高分辨率及良好的成像质量使之在资源勘探、精密导航、气象观测和遥感等诸多领域成功应用,有着广阔的发展前景及研究意义。
现代SAR往多方向发展,多参数SAR的不同极化方式能显著改善信号和图像的详细性、可靠性;机载星载SAR则对天线的小型化提出了要求。
圆极化天线与线极化相比,可探测出目标更多的细节信息,并且,低剖面天线具有重量轻、成本低等特点,尤其是对大型天线和阵列天线的低剖面化,可以大幅度降低天线有效载荷重量和空间的占用。
因此,本文着重研究具有低剖面、圆极化特点的天线。
论文工作主要包含以下几个方面:(1)设计了一款背腔结构的贴片天线,采用容性耦合馈电方式展宽带宽,以双分支线耦合器产生幅度相等、相位相差90°的激励,使两正交线极化波合成为圆极化波,通过切换耦合器的输入端口,可实现左旋、右旋圆极化的切换。
天线剖面仅0.1λ,为提高阵列的圆极化性能,采用旋转组阵的方式构成子阵,抵消物理结构上的不对称性,子阵实测部分结果符合仿真设计,分析了不符合仿真部分的原因。
为实现低副瓣的要求,采用Taylor分布幅度加权法,完成了2×8线阵及6×6平面阵的仿真分析。
(2)基于高阻抗表面的周期性结构,设计了一款低剖面微带天线,采用改进的正交偶极子结构,以及双分支线耦合器,形成圆极化,同样可实现左旋、右旋圆极化的切换,馈电采用空气桥结构。
HIS模拟PMC,作为天线反射面,以降低剖面。
2×2子阵及2×8线阵采用顺次旋转组阵的方式,提高阵列圆极化性能。
(3)基于北斗卫星导航系统的关键频点设计了一款多频段天线,覆盖B1、B2、B3三个频点,采用改进的正交偶极子结构,实现左旋圆极化。
推导了已知有源S 参数,前端接理想电桥时电桥的回波损耗及隔离度公式。
为方便确定来波方向,用以定位,采用六边形阵列的形式,仿真分析了阵列性能。
基于超材料的多频带吸波器的设计与研究
Q U0 k%#f&#'._E * U1 k%7f$1&._E
图#!吸波器表面电场分布图
%H0!极化敏感特性研究
为探索吸波器对电磁波的极化是否敏感图0 给 出了在电磁波垂直入射到吸波器表面时极化角) ) 为电场S与>U轴的夹角从"s到5"s变化的吸波率曲 线 可以看出)从"s到5"s变化的所有曲线完全重 合从而说明吸波器具有极化不敏感的特性 这是由 于我们设计的吸波器具有高度的旋转对称性导致的
图0!极化角)对吸波率的影响曲线
%H1!宽入射角特性研究
实际应用中辐射的电磁波不都是垂直入射到我们 的吸波器表面的因此研究不同入射角度对吸波器的 吸波率影响是有必要的 图1;<分别是电磁波在 BS和BP模式下不同入射角! 定义为电磁波入射方 向与吸波器表面法向的夹角 对吸波器吸波率的影响 曲线 对BS模式而言入射角的变化与吸波率成负相 关随着入射角的增大吸波率总体而言降低当!在"s 到01s内变化时谐振峰%'# 和1 吸波率影响很小 谐振峰0 吸波率略有减少当!变化到&"s时谐振峰 %' 影响很小其他谐振峰吸波率有所降低但是!变 化到$1s时各谐振峰吸波率显著降低吸波性能变差 对BP模式入射角从"s到&"s变化时谐振峰%'#0 1 的吸波率影响很小当!变到$1s时谐振峰%'# 吸 波率显著降低谐振峰01 吸波率得到增强同时注意 到随着入射角!变大开始出现谐振峰&并且谐振峰& 峰值与入射角!成正相关 因此该吸波器不管是在 BS模式还是在BP模式下对于入射角!在"s至&"s范 围内变化均表现出良好的吸波特性从而说明本文设 计的吸波器具有宽入射角特性
电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS阵列
电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS阵列*冯奎胜1)2) 李娜1)2) 杨欢欢2)†1) (阳光学院人工智能学院, 福州 350015)2) (空军工程大学信息与导航学院, 西安 710077)(2021 年4 月20日收到; 2021 年5 月14日收到修改稿)
提出一种电磁超构表面与天线一体化设计以实现低散射阵列的新方法. 该方法利用传输线将超构表面部分单元串联, 并采用同轴馈电激励, 以此得到新型天线阵列, 该阵列的辐射性能和传统阵列几乎相同; 当外来雷达波照射该阵列时, 利用超构表面和其周围天线结构散射场的差异, 将能量在空间重新分配, 从而实现天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩. 基于该方法, 以2 × 1阵列为例, 构建了天线模型, 数值分析了其性能, 验证了该阵列的良好辐射和低RCS特征, 并详细阐述了天线的工作机理, 进一步的分析还揭示了超构表面结构对天线辐射和散射性能的影响规律. 遵循该规律, 可以灵活设计满足需求的天线阵列. 该方法不仅简单易行、集成度高, 还可以拓展至更大规模的阵列天线设计.
关键词：电磁超构表面, 阵列天线, 一体化, 低雷达散射截面PACS：41.20.Jb, 78.67.Pt, 73.20.Mf DOI: 10.7498/aps.70.20210746
1 引 言自然界中不同媒质的分界面存在天然的金属、介质表面, 电磁波沿这些表面区域的传输遵循经典的Snell定律. 2011年, 哈佛大学Cappaso课题组[1]首次提出电磁 “超表面” 的概念, 这类表面是将人工构造的金属/介质结构以 “原子” 的形式按照特定宏观序排列而成. 和天然表面相比, 这类超表面可以突破经典Snell定律的限制, 实现对电磁波任意的反射、折射, 甚至是极化方式、传播模式的转换[2]. 随后, 东南大学崔铁军课题组[3]提出数字和可编程超表面的概念, 由此, 超构表面的研究如雨后春笋不断涌现, 宽带[4,5]、多功能[6,7]、可重构[8]、可编程[9,10]等各种高性能的超构表面得到长足发展, 与之相伴的基于超构表面的功能器件, 如高性能天线[11]、极化转换器[12]、分频器[13]、先进透镜[14]等也多有报道.将超构表面用于天线设计为天线技术的发展提供了广阔空间. 尤其值得关注的是, 超构表面还为解决传统天线面临的雷达散射截面(radar cross sec-tion, RCS)偏高的难题开辟了全新技术路径[15−18].早在2007年, 研究人员就提出利用超构表面的同相反射特性和金属表面产生的反相场对消[19], 可以缩减天线RCS. 而后, 为了增加RCS减缩带宽,研究人员还将两种超构表面或极化旋转超构表面用于天线[20−23], 在对天线辐射性能影响较小的同时缩减了RCS. 此外, 我们提出利用超构表面的完美吸波[24,25]和选择透波[26]特性, 也可以有效抑制天线散射的峰值. 以上研究表明, 利用超构表面缩减天线工作频带外RCS较易实现. 相比之下, 天线工作频带内的RCS减缩则要困难得多, 且往往会对天线辐射性能造成影响. 如文献[27]将超构表面环形加载在波导缝隙天线的金属口面周围, 利用
宽带宽角扫描相控阵天线系统
宽带宽角扫描相控阵天线系统随着无线通信技术的快速发展，相控阵天线系统在雷达、无线通信和电子战等领域的应用越来越广泛。
宽带宽角扫描相控阵天线系统具有宽频带、高角度覆盖和快速扫描等优势，成为当前研究的热点。
本文将介绍宽带宽角扫描相控阵天线系统的设计思路、实验结果及总结与展望。
关键词：相控阵天线、宽带宽角扫描、相控阵列、天线元、波束形成相控阵天线系统最早应用于军事领域，通过控制天线阵列中天线元的相位和幅度，改变波束的方向和形状，实现扫描和跟踪目标。
随着科技的不断发展，相控阵天线系统的应用逐渐扩展到民用领域，如无线通信、导航和雷达等。
宽带宽角扫描相控阵天线系统能够在宽频带内实现高角度覆盖和快速扫描，提高系统的抗干扰能力和目标检测能力，具有很高的应用价值。
宽带宽角扫描相控阵天线系统的设计思路主要包括以下方面：天线元设计：为了实现宽带宽角扫描，需要设计具有宽带性能的天线元。
可以采用偶极子、贴片天线或波导缝隙天线等，并优化其结构以实现宽频带覆盖。
相控阵列设计：根据应用需求，设计合适的相控阵列规模和排列方式。
为了实现高角度覆盖，需要合理设计天线元的激励幅度和相位，以及它们在阵列中的排列方式。
波束形成网络设计：采用合适的波束形成网络，实现天线元激励的幅度和相位的控制。
可以使用模拟移相器、数字波束形成器或其他波束形成网络来实现。
控制系统设计：为了实现快速扫描，需要设计高效的控制系统，包括数据采集、处理和传输等环节。
可以采用高速数字信号处理器或其他专用控制芯片来实现。
我们设计并制作了一个宽带宽角扫描相控阵天线系统，并对其实进行了实验测试。
实验中采用了24个天线元组成正方形阵列，每个天线元为24GHz双极化贴片天线。
通过波束形成网络对天线元进行激励，实现波束的高角度覆盖和快速扫描。
实验结果表明，该系统在20GHz 频带内具有良好的宽带性能，并且在40°扫描角度范围内波束形状变化平滑，角度分辨率达到5°。
基于脊间隙波导的低副瓣多波束阵列天线设计
基于脊间隙波导的低副瓣多波束阵列天线设计
权钰;李想;王昊;陶诗飞;曹建银;丁振东
【期刊名称】《南京理工大学学报》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】为了克服毫米波频段传统多波束阵列天线损耗高、效率低以及等幅激励
情况下副瓣电平较高的问题,该文提出了一种基于间隙波导技术的低副瓣多波束阵
列天线设计方法。
首先,设计了基于巴特勒矩阵的双层多波束馈电网络拓扑结构,将
传统巴特勒矩阵的4个输出端口与不等功分器相连,拓展为8个输出端口,实现输出功率的重新分配,以达到低副瓣设计的目的。
接着,设计了基于脊间隙波导的双层和
单层定向耦合器、交叉结和不等功分器,完成了低副瓣多波束阵列天线的整体设计。
最后,进行了天线实物加工和测试,测试与仿真结果较为吻合,副瓣电平得到了有效降低,验证了所提出的低副瓣多波束阵列天线的性能。
【总页数】8页(P88-95)
【作者】权钰;李想;王昊;陶诗飞;曹建银;丁振东
【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院;电磁空间认知与智能控制技
术实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN822
【相关文献】
1.具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列天线设计
2.基于基片集成波导(SIW)的低副瓣阵列天线设计
3.L波段双脊裂缝波导低副瓣阵列天线的设计
4.毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线设计
5.宽带低副瓣单脊波导裂缝阵天线设计
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基于紧耦合结构的阵列天线与宽带吸波器研究
基于紧耦合结构的阵列天线与宽带吸波器研究
引言：
近年来，随着通信技术的不断发展，阵列天线和宽带吸波器在无线通信和雷达系统中起到了至关重要的作用。
阵列天线通过利用多个天线元件的相互耦合和协同工作，可以实现波束形成、波前合成和干扰抑制等多种功能，从而提高通信系统的可靠性和性能。
一、阵列天线技术的基本原理
阵列天线是一种由多个天线元件组成的系统结构，其工作原理是通过调控每个天线元件之间的接收和发射信号的相位差和振幅，实现波束形成和波前合成。
其基本原理如下：
1. 相位控制：通过控制每个天线元件的相位差，使每个天线
元件的辐射波达到相位一致，从而实现波束的形成和控制。
这样可以将射频功率集中在一个方向上，提高天线的增益和有效辐射能力。
2. 振幅控制：通过调整每个天线元件的发射或接收功率，实
现波束的形成和调节。
通过改变振幅分布，可以改变波束宽度和方向，适应不同的通信场景和工作要求。
3. 空间滤波：阵列天线系统中的耦合效应可以用来实现对来
自不同方向的信号的选择性响应，即空间滤波。
通过调整天线元件间的相互耦合程度，可以实现对波束的形状和方向的调节，从而实现对特定方向信号的选择性放大和抑制。
二、基于紧耦合结构的阵列天线设计与优化
紧耦合结构是指阵列天线系统中天线元件之间的相互耦合程度较高，通过密集排列和设计的方式实现的耦合结构。
相对于传
统的阵列天线结构，基于紧耦合结构的阵列天线具有以下特点：1. 天线元件之间的距离较近，可以减小整体体积，适应小型
化和集成化的需求；
2. 天线元件之间的相互耦合程度较高，可以实现更高的波束
形成和方向调节精度，提高天线系统的性能；
3. 天线元件之间的相互耦合可以用来实现天线间的信息传导
和相互信息补偿，提高系统的工作稳定性和抗干扰能力。
基于紧耦合结构的阵列天线的设计与优化主要包括以下几个方面的内容：
1. 紧耦合结构的天线元件设计：需要根据实际应用需求和工
作频段，选择合适的天线元件，确定元件的结构和参数。
2. 紧耦合结构的阵列天线布局设计：根据实际应用需求和工
作环境，确定天线元件之间的距离和排列方式，实现天线元件之间的紧耦合。
3. 相位和振幅控制方法：通过调整每个天线元件的相位和振幅，实现波束的形成和方向控制。
可以采用电子扫描、模拟控制和数字信号处理等方法。
4. 耦合效应分析与优化：对阵列天线系统中的耦合效应进行
分析和优化，提高系统的工作稳定性和抗干扰能力。
三、宽带吸波器的研究与应用
宽带吸波器是一种用于吸收和屏蔽无线通信和雷达系统中多径信号和杂散信号的无源电子器件。
它的研究和应用可以提高无线通信系统的传输质量和干扰抑制能力。
宽带吸波器的研究与应用主要包括以下几个方面的内容：
1. 材料和结构设计：选择合适的材料和结构，实现宽带的频
率响应和吸波性能。
2. 传输线和滤波器设计：通过设计传输线和滤波器，实现对
指定频段的信号的吸收和屏蔽。
3. 隔离和耦合设计：通过设计隔离和耦合结构，实现对多径信号和杂散信号的吸收和屏蔽。
4. 吸波器组件的优化：通过优化吸波器的组件，提高吸波器的吸波性能和可靠性。
结论：
基于紧耦合结构的阵列天线和宽带吸波器的研究和应用，在无线通信和雷达系统中具有重要的意义。
它们的研究可以增强通信系统的传输质量和干扰抑制能力，提高通信系统的可靠性和性能。
未来，随着通信技术的不断发展，阵列天线和宽带吸波器将在更广泛的领域得到应用，并为通信技术的进一步发展提供有力支持
总之，阵列天线和宽带吸波器在无线通信和雷达系统中具有重要的作用。
阵列天线的研究和应用可以提高系统的工作稳定性和抗干扰能力，优化耦合效应。
而宽带吸波器的研究和应用则可以提高系统的传输质量和干扰抑制能力。
通过选择合适的材料和结构设计宽带吸波器，并通过传输线、滤波器、隔离和耦合设计的优化，可以实现对多径信号和杂散信号的吸收和屏蔽。
未来，随着通信技术的不断发展，阵列天线和宽带吸波器将在更广泛的领域得到应用，并为通信技术的进一步发展提供有力支持。