Ku波段余割平方分布天线阵列设计研究文献综述

 2022-11-06 10:11

文 献 综 述

无线电设备通过电磁波传递信息,在无线电系统中,用来接收和发射电磁波的装置称为天线,天线是雷达不可或缺的组成部分,它的作用是将发射机产生的导波场转换为空间辐射场,并接收目标反射空间波;天线在发射端通过把高频的电流形式能量转变成同频率的无线电波发射出去;而在接收时,天线则把接收到的高频无线电波能量转变成同频率电流能量传送给接收设备。现代无线通信技术的高速发展,天线形式多种多样,性能各异,天线和发射机、接收机一样,是无线电系统中十分重要的组成部分之一,因此被广泛应用于通信、制导、广播、雷达、对抗等领域。

然而某些特定的领域要求天线有较强的方向性和较高的增益,要求天线方向图能够扫描或具有其他特殊性能,这时单个天线往往难以胜任,主要的解决方法就是采用由多个天线按一定方式排列而组成的天线阵列。虽然组成阵列的单元原则上可以是不同形式的,但在实际应用中大多数天线阵列单元不仅形式相同而且取向也相同。

随着现代无线通信技术的提高,余割平方天线阵逐渐成为天线研究的热门话题。雷达用窄波束探测广阔空域的目标,扫描所用时间太长。为节省扫描搜索所用时间,同时要兼顾测向精度与分辨力,可以在一个方向产生宽的扇形波束,而另一个方向仍然用窄波束,这样的天线叫做“赋形波束天线”。余割平方天线就是一种赋形波束天线,在俯仰面上的功率方向图与俯仰角的余割平方成正比,故名曰余割平方天线阵。

天线单元采用微带形式,微带天线是由传输线理论发展出来的一种天线形式,在1935年就有人提出了微带天线的概念。但由于受材料限制,直到20世纪70年代初期,随着生产工艺的提高及低耗介质板的出现,第一批实用微带天线才正式出现。微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻等特点,且由于其平面易于载体共形,微带馈电网络可与天线集成,适于大批量规模生产,大大降低生产成本。对微带天线的研究主要集中于以下几个方面:高增益、低副瓣设计;小型化、宽带设计;多极化以及在目标识别和抗干扰方面应用广泛。随着无线电技术发展,微带天线在各个领域得到越来越广泛的应用。在余割平方天线阵中使用微带天线,可以制成重量轻、易快速架设的阵列天线。

阵列天线在扫描过程中,副瓣经常会照射到一些反射很强的物体,从而在天线的输出端产生超过检测门限电平的信号,使雷达误以为在主瓣方向上有目标存在,从而干扰

雷达正常工作,因此希望天线副瓣电平尽可能低,抑制干扰,提高抑制来自副瓣方向干扰的能力。

波导缝隙阵天线的研究始于20世纪40年代,早期研究工作由于受到计算工具的限制,多集中在波导缝隙单元特性的分析上。随着仿真和测试手段的改进,波导缝隙天线理论研究及工程实践水平都得到了很大提高。由于其结构紧凑、机械强度高、口径分布容易控制等优越性在许多需要窄波束或赋形波束的微波通信和雷达系统中获得了应用,特别是它具有体积小、重量轻、口径效率高、宽角副瓣低等特点, 在机载雷达上为优选形式。

Ku波段余割平方分布天线阵列设计只是余割平方分布天线阵中的一小部分内容。Ku波段主要用于卫星通信,电磁频谱在微波的频率范围从11.7至12.7GHz(下行频率)及14至14.5GHz (上行频率)。多采用赋形波束覆盖,接收天线效率高于C波段接收天线,因此接收Ku波段的天线口径远小于C波段,从而可有效地降低接收成本,方便个体接收。

阵列天线是一类有不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。能够通过合理的选择和优化阵列单元的结构形态、排列方式和馈电电幅相得到单个天线难以提供的优异辐射特性,阵列天线的这种灵活性是它得到广发应用和迅速发展的本质条件。

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