宽角度频扫天线设计与测角算法研究

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频扫天线相较于相控阵天线,在满足扫描范围的条件下,节省了多个T/R组件,具有成本低、结构简单、容易实现小型化等优点;但频扫天线实现宽角度扫描时传输损耗也较大,两者相互矛盾。针对目前无人机“黑飞”对国家和社会安全带来严重威胁的问题,本文设计了一款用于“低慢小”目标监视雷达的宽角度频扫天线并生产加工出来用于实际工程,实现了对目标角度的测量。介绍了频扫阵列天线的基本理论和波导缝隙天线的辐射原理、多种辐射形式及对应等效电路,引出了频扫天线的基本结构参数并给出了计算顺序和公式。根据某频扫天线指标要求,首先在matlab中仿真得到了满足此项目指标的天线结构参数取值,然后在电磁仿真软件CST中分模块建模仿真优化参数,最终构建天线整体结构进行仿真。通过调整各波导缝隙倾角使天线各阵元辐射幅度满足Taylor分布,相邻阵元间相位差相等,将天线副瓣降低至-20d B以下。天线频率扫描维在1.5GHz带宽内实现了-61.5°~47.5°的大扫描范围,驻波比小于2,工作频带内H面波束宽度在10°~14°范围内,中心频点处E面波束宽度小于2.5°,增益大于28d Bi,天线隔离度小于-80d B,在微波暗室内进行了天线测试,测试结果显示天线实物性能符合设计指标。研究了频扫雷达方位维、俯仰维的测角算法。在方位维(角度扫描维)采用比幅测角法。利用频扫天线的实测方向图构建了鉴角曲线,分析了比幅测角的测角精度,在相邻两波束中增益较低波束接收回波信号的信噪比在10d B左右时,测角精度可达波束宽度的十分之一,并通过外场试验实测数据验证了其可行性;在俯仰维给出了三接收通道频扫雷达比相测角的最优参数;针对两接收通道的频扫雷达提出了比幅—比相测角法,对比了比幅法、比相法以及比幅—比相法测角的测角精度,得出了在信噪比较低时采用比幅测角、信噪比较高时采用比幅—比相测角可得到较高的测角精度的结论。
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