【摘 要】
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本文设计了一种基于FPGA的有源相控阵天线波束控制功能模块.文章首先结合有源相控阵天线的特点,对其正常工作时以及测试时的控制需求进行了分析研究,并在此基础上设计了基于FPGA的波控功能模块,文章分析了波控构成和功能,并讨论了其工作流程.目前该波控模块已经在L波段有源相控阵天线全极化SAR中得到验证和应用.
【机 构】
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中国科学院电子学研究所,北京100190
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本文设计了一种基于FPGA的有源相控阵天线波束控制功能模块.文章首先结合有源相控阵天线的特点,对其正常工作时以及测试时的控制需求进行了分析研究,并在此基础上设计了基于FPGA的波控功能模块,文章分析了波控构成和功能,并讨论了其工作流程.目前该波控模块已经在L波段有源相控阵天线全极化SAR中得到验证和应用.
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本文首先分析比较了宽角扫描圆极化微带相控阵天线的设计方法,认为微带天线单元的辐射方向图是否具有高等化性对于全阵的性能来说十分关键,尤其对于采用旋转馈电形式的微带阵列.之后,顺着这个思路,设计了一种双馈形式的高等化性微带天线,并将其和常规形式的微带天线单元分别组成阵列,通过全波仿真证明了基于高等化性微带天线单元的相控阵天线其宽角扫描能力要远强于常规微带阵列.
本文介绍了一个32单元片式集成有源阵列天线的研制工作,该瓦片天线样机由2个16单元(4×4)瓦片天线模块扩充构成。其中，每个天线单元后接一个全功能的TR组件，TR组件通过多功能基板电路和毛纽扣实现与馈电网络和天线单元的射频互连，并通过多功能板的末级电源/波控实现对各天线通道TR组件的幅相和电源控制。文中对片式阵列天线样机关键部件的设计、组装集成和研制作了详细描述,给出了研制样机性能的测试结果.
有源相控阵波束形成依赖于各单元通道的幅相分布,单元通道的好坏和幅相校准精度对其至关重要.文中提出了一种基于封闭回路耦合的有源相控阵通道幅相校准的方法,通过使用一定耦合强度的波导校准封闭回路,适时监测和校准阵面各通道的幅相,能应用于相控阵装备后的幅相校准.
本文根据分布式波控系统的维护模式,提出了一种适合于分布式波控系统的维护与测试框架.对框架中子波控设备的可寻址空间的建立以及接口调度模块的设计进行详细的说明,上述两处是实现分布式波控系统的维护测试方案的关键,最后给出了一次完整的维护测试周期的流程.进行分布式波控系统的维护测试研究的目的是设计一套方案架构,其能够贴合分布式波控系统的维护特征,并提供良好的可维护性与测试性.
本文在对共形天线技术现状介绍的基础上,开展基于圆柱体共形电扫天线阵列设计,介绍了共形阵列天线扫描原理以及工程实现,关键技术涉及到全空域宽波束覆盖、收发全双工天线、小型化开关切换网络以及共形结构与散热.最后给出共形电扫天线的仿真和实测结果.
有限相扫天线形式很多,但双镜有限相扫天线具有其非常突出的优点.本文对该型天线系统的单元利用因子、初级和次级扫描角的关系、以及主口径、匹配透镜和馈电相阵的口径进行综合分析,并给出几种双镜有限相扫天线的组合方法.
本文介绍了一种DBF球面共形的圆极化阵列天线设计,该天线可以根据系统的需要在水平面360°、俯仰面0°～90°范围内实现一个波束或同时多个波束,球面的结构克服了平面阵列天线俯仰面扫描增益随扫描角度增加而急剧下降的缺点,可以实现覆盖空域内对单目标和多目标的实时跟踪.
为解决有源相控阵天线通道数量多、波态多、测试工作量大、人工测试耗时费力并容易出错的问题,研制开发了一套有源相控阵天线自动测试系统.该系统通过LAN和422高速串口对矢量网络分析仪、被测天线和天线近场测试系统进行协同控制、测量和数据采集,在大幅提升了测试速度的同时,确保了测量数据的准确性和完备性.该系统可以用于相控阵天线校准测量和波束扫描方向图快速测量.该系统已成功用于L波段宽带全极化有源相控阵天线
本文针对大角度扫描设计了一款X波段共形相控阵天线,采用了先优化单元间间距,组成紧凑型的平面阵列,然后利用两面共形技术进一步扩大扫描角度的综合方法.仿真结果表明此共形天线阵列工作在X波段,具有57度的较广扫描范围,并同时满足副瓣电平低于-10dB和波瓣宽度不大于21度.该设计对雷达相控阵大角度扫描研究有着重要的意义.
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