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[转载]【雷达与对抗】【2013.08】相控阵系统的设计与应用

已有 217 次阅读 2021-8-15 16:58 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

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本文为美国北德克萨斯大学(作者:Han Ren)的硕士论文,共67页。

 

相控阵自发明以来,在军事和民用领域都得到了广泛的应用。这些应用包括目标探测与跟踪、空间探测器通信、广播、人机界面与遥感。虽然相控阵应用显示出广阔的市场潜力,但相控阵的发展存在着成本高、结构复杂、带宽窄、功耗高等局限性。因此,需要新的想法来减少这些限制。 

 

本文介绍了相控阵天线设计和应用的几种新方法。首先介绍了相控阵的基本原理和基本设计方程。其次,介绍了相控阵天线在雷达呼吸测量中的新应用。通过集成4×4巴特勒矩阵与四元天线阵列,将在辐射方向图形成四个不同的主波束。这种新方法可以提高测量精度,实现较高的检测率。第三,介绍了一种基于双频操作的紧凑型相控阵天线系统。双频功能可以使N天线系统获得2N个唯一的辐射波束(N为整数),与传统的单频系统相比,实现了显著的尺寸缩减。为了验证设计思想,设计并制作了一个工作在5GHz和8GHz的四元相控阵天线。测量结果与仿真结果吻合较好。最后,提出了一种采用双向串馈拓扑结构的相馈网络控制结构。这种双向串联馈电网络只需要较少的移相器,并通过施加控制电压来实现相位变化功能。

 

Since  its  invention, phased  array  has been  extensively  applied in  both  military and  civil  areas. The  applications  include target  detecting  and tracking,  space  probe communication,  broadcasting,   human-machine   interfaces,  and   remote   sensing.  Although  the  phased array  applications  show a  broad  range  of  potential market,  there  are some  limitations  of phased  array’s  development: high  cost,  complex structure,  narrow bandwidth, andhigh power consumption. Therefore, novel ideas are needed to reduce theseconstraints. In this thesis, several new approaches about the design andapplication  of  phased array  are  presents. First,  the  principle of  phased  array and  fundamental  design equations  are  introduced. Second,  a  new  application of  phased  array antenna  for  radar respiration  measurement  is presented.  By  integrating a  4×4  Butler matrix with four-element antennaarray, there will be four distinct main beams in radiation  pattern. This  new  approach can  improve  the measurement  accuracy  and realize a high detecting rate. Third, a compact phased array antennasystem based on dual-band operations  is  introduced. Dual-band  function  can make  N-antenna  system obtain  2N  unique radiation  beams  (N is  an  integer) and  achieve  a significant  size  reduction compared  to  the conventional  single-band  system. To  verify  the design concept, a four-element phased array antenna working at 5GHz and8GHz is designed and fabricated. The measurement results make a good agreementwith the simulations. Finally,  a  novel architecture  of  steering phase  feeding  network by  using  bi-directional series-fed  topology is  presented.  This bi-directional  series-fed  network needs  less  phase shifters and realizes steering phasefunction by applying control voltage.

 

1.         引言

2.         相控阵原理

3.         相控阵天线在雷达呼吸测量中的新应用

4.         基于双频运放的紧凑型相控阵天线系统

5.         一种采用双向串馈拓扑的新型转向相馈网络结构

6.         结论与展望



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