15.单脉冲天线

平面单脉冲天线的研究的开题报告Title：平面单脉冲天线的研究Introduction：平面单脉冲天线是一种新型天线。

相对于传统天线，它具有高方向性、高增益的特点，可以满足一些应用的需求。

在通信领域，平面单脉冲天线也有广泛的应用，例如雷达、卫星通信等。

因此，本文将在研究平面单脉冲天线的基础上，探讨其应用的可行性，为通信领域提供参考。

Objective：本文的主要目的是研究平面单脉冲天线的原理和性能，探索其在通信领域的应用。

具体地，将从以下几个方面进行研究：1. 平面单脉冲天线的基本结构和工作原理；2. 平面单脉冲天线的性能评价指标，包括增益、方向性、波束宽度等；3. 不同频段下平面单脉冲天线的设计方法和实现技术；4. 平面单脉冲天线在雷达、卫星通信等应用中的具体应用情况，包括优缺点、技术难点等。

Methodology：本文将采用文献研究和仿真分析相结合的方法，对平面单脉冲天线的原理和性能进行研究。

具体地，将从以下几个方面进行研究和分析：1. 收集相关的文献资料，了解平面单脉冲天线的基本结构、工作原理和性能评价指标；2. 运用电磁仿真软件，对单脉冲天线的电性能进行仿真分析，包括频率特性、辐射特性、阻抗匹配等；3. 利用天线设计软件，对不同频段的平面单脉冲天线进行设计，并与仿真结果进行对比分析；4. 调研平面单脉冲天线在雷达、卫星通信等领域的应用情况，并对其技术难点进行分析和探讨。

Expected outcomes：本研究的预期成果如下：1. 对平面单脉冲天线的原理和性能进行深入分析和研究，并探讨其在通信领域中的应用可行性；2. 提出设计平面单脉冲天线的方法和实现技术，并通过仿真分析验证其可行性；3. 分析平面单脉冲天线在雷达、卫星通信等应用中的特点和优缺点，并对其技术难点进行探讨，为实际应用提供参考。

第十三章单脉冲天线一、引言单脉冲雷达体制系统，主要用于高速目标的跟踪定位。

如飞机、导弹、火箭、人造卫星的跟踪。

单脉冲雷达系统中的天线称为单脉冲天线。

单脉冲雷达天线要求产生一个主瓣的和波束，以及具有两个(或四个)主瓣的差波束，如下图13-1所示。

差波束的两个峰值之间的最小值称为“零值”。

和波束的作用是探测目标的距离(r)并行距离跟踪；差波束的作用是探测目标的方位角和俯仰角信息(,ϕθ)并行角跟踪。

一个目标的距离信息r和角信息,ϕθ已知，则目标的空间位置就确定了。

如果目标正好在和波束最大值方向，则差波束接收到的信号很弱(为零值)；当目标移动时，则差波束接收到的信号由弱变强，则可利用差信号来驱动伺服机构，使天线在俯仰或方位上转动，始终使差波束的零值方向对准目标，从而实现跟踪。

图13-1单脉冲天线方向图二、单脉冲天线组成。

在雷达应用中，单脉冲天线可采用阵列天线，也可采用反射面和单脉冲馈源组成。

如果是后者，则馈源一般采用多个(4个)叭或者单口多模喇叭。

形成差波束的关键是使用了比较器(和差器)。

三、分类。

根据比较回波信号的幅度和相位，单脉冲分为幅度单脉冲、相位单脉冲和幅相单脉冲，它们的主要区别在于天线。

无论是幅度还是相位单脉冲，为了确定目标在某一平面的角度(方位、俯仰)，都要求同时产生两个形状相同的波束。

这里只讨论幅度单脉冲(比幅)。

四、工作原理。

为了说明问题，先考虑一个平面(俯仰面)内单脉冲技术的工作原理。

当一个横向偏焦的喇叭，置于抛面焦点附近时天线将产生一个偏离天线轴的θ正比于偏焦距离x。

为了获得两个对称于天线轴，并有波瓣，其波束偏移角sθ的波瓣，可用两个对称于天线轴的横向偏焦喇叭来完成，如图13-2相同偏移角s所示。

图13-2 幅度比较单脉冲若探测到一个目标，来自A方向，这时两波束收到的回波信号，相位相同，但幅度不等。

两信号相减形成的差信号是目标方向的函数。

这个差信号的大小，表示了目标偏离天线轴向角度的大小，差信号的正负，则表示目标偏向哪一边。

单脉冲天线角度跟踪模拟技术苏勋【摘要】通过对单脉冲天线方向图数学模型的研究,提出了一种角度跟踪模拟方法.采用信标和数控衰减器组合的方式,结合VxWorks操作系统成功实现了天线主、副瓣信号的模拟,工程应用情况良好,对当前武器装备仿真模拟训练系统的研制具有重要的参考价值.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2012(052)006【总页数】4页(P948-951)【关键词】测控系统;单脉冲天线;天线方向图;偏离角模拟;天线副瓣【作者】苏勋【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN82;V556仿真模拟训练系统的研制是当前武器装备建设的重要内容,在测控领域已经引起了广泛关注。

对靶场测控系统使用的训练模拟器而言,模拟内容包括角跟踪性能模拟、距离和速度动态模拟[1-3]、遥测遥控功能模拟、数传接收解调性能模拟等多项具体内容,其中角跟踪性能的仿真模拟难度较大。

测控系统中角度捕获是关键,它关系到整个测控活动的成败。

S频段测控系统可以通过跟踪过境卫星进行角度捕获的任务演练,但对于C频段测控系统,由于没有过境的低轨卫星跟踪,测控系统缺少一种可随时对设备跟踪性能进行检查、模拟演练的环境,因此有必要研究一种角跟踪模拟设备,与测控系统的天线与接收分系统一起构成角跟踪闭环系统,通过模拟各种测控活动前的校相过程、实际捕获过程,以达到对岗位人员进行实景训练提升技能的目的。

角跟踪模拟器以射频信号源、数控衰减器、数控移相器、信号处理单元为基础构建硬件模拟环境,模拟信号从高频接收机场放输入端注入测控系统。

根据天线和路/差路信号幅度归一化数学模型进行波束跟踪信号仿真,可得到天线波束捕获目标过程中完整的和路/差路信号电平、天线偏离角、误差电压理论值等原始数据;通过天线对塔标校可获得跟踪系统的AGC-S/Υ曲线、和路与差路信号在波束内的真实幅度差值。

据此可建立天线偏离角与角误差信号之间的参数映射表,存储在信号处理单元中以备调用。

单脉冲阵列天线方向图调零技术张驿;张云;何海丹【摘要】提出了一种单脉冲阵列天线的抗干扰调零技术,即利用阵列天线中幅相微调或相位微调的方法,在干扰方向上实现和、差波束的同时调零.对相控阵天线而言,不需要增加额外硬件设备就能达到抗干扰的目的,在实际工程中具有较大的应用价值.理论分析和仿真结果均表明了该方法的有效性.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2009(049)003【总页数】5页(P82-86)【关键词】单脉冲阵列天线;抗干扰;方向图调零【作者】张驿;张云;何海丹【作者单位】海军驻十所军事代表室,成都,610036;中国西南电子技术研究所,成都,610036;中国西南电子技术研究所,成都,610036【正文语种】中文【中图分类】TN957.2在通信、雷达、侦察等领域中，从天线旁瓣进入接收机的干扰，常常是破坏通信、雷达和侦察系统工作的主要因素之一。

因此，为了减小旁瓣干扰，人们常常采用降低旁瓣的方法，但是当旁瓣电平较低时，实现起来并不容易。

用单脉冲阵列天线的方向调零技术来屏蔽旁瓣干扰，是一种很好的方法。

在单脉冲阵列天线中，可以采用一些特殊分布来降低旁瓣[1]。

但是，要真正屏蔽掉某个方向上的干扰，仅仅降低旁瓣是不够的（特别是干扰源方向位于天线方向图的旁瓣波峰上时，干扰就会比较强烈），还需要调节天线阵各单元之间的相位、幅度关系，在保证主瓣扫描方向不变的情况下，使天线阵的远场方向图在干扰方向上恰好有一零值点，即所谓的方向调零。

但是，为了能在一副单脉冲阵列天线中同时实现对目标的搜索、跟踪和通信，需要同时存在和、差两种波束。

传统的做法是在和、差两个通道内分别调零，也就是说，为了屏蔽某个方向上的干扰，调节和通道内各天线单元的加权因子（幅度和相位），使和波束在干扰方向上形成一零点；同时，在差通道内也调节各天线单元的加权因子，使差波束在干扰方向上也形成一零点。

这样，在干扰方向上，就可以实现和、差波束同时为零，从而屏蔽掉旁瓣干扰。

单脉冲天线用几个波束同时从一个脉冲中获得目标方向信息的跟踪天线。

单脉冲体制的研究始自30年代。

1947年美国R.M.贝奇比较完整地提出单脉冲方案。

1957年美国研制成第一部单脉冲靶场精密跟踪雷达，此后单脉冲天线遂得到迅速发展。

工作原理为了获得目标方向信息，需要在同一瞬间对数个天线波束收到的回波信号进行比较，这有三种方法。

①幅度单脉冲法：比较偏轴波束收到信号的幅度调制来提取信息；②相位单脉冲法：比较两个波束收到信号的相位来提取角信息；③幅相单脉冲法：一个平面比较幅度产生误差信号，另一平面比较相位产生误差信号。

幅度单脉冲法由于天线结构合理、电性能好和电轴稳定，应用最广。

它的经典形式由四喇叭馈源和一个反射面组成，经比较网络可得和信号、方位差信号和俯仰差信号。

和信号提供目标距离信息并作为参考信号。

差信号提供角误差信息，其幅度确定目标偏轴大小，误差信号与参考信号的相位差确定偏轴方向。

当电轴对准目标时,误差信号为零,此时天线不转动；当目标偏离轴向时则有误差信号输出，伺服系统便驱使天线正向或反向运动，直至自动跟踪目标。

幅度单脉冲天线的主要质量指标是距离灵敏度、角度灵敏度和误差灵敏度。

距离灵敏度是和信号随目标距离的变化率。

角度灵敏度是误差信号随目标角位置的变化率。

误差灵敏度是误差信号在瞄准轴上的变化率，即误差电压在瞄准轴上的斜率。

它们直接同天线的和波束增益、差波束斜率和增益有关。

馈源馈源是单脉冲天线的关键，它分为多喇叭馈源、多模馈源及多模多喇叭馈源。

多喇叭馈源包括四喇叭、五喇叭、八喇叭和十二喇叭馈源等。

多模馈源是利用方形或圆形光壁波导或波纹波导中的高次模来形成和差信号。

多模多喇叭馈源是在E面用重叠的四个喇叭实现和差,H面用多模实现和差，这种馈源能在两个主平面实现2:1的激励宽度,其电性能与理想馈源取得的性能相当接近，同时也简化了比较网络和混合接头。

单脉冲天线单脉冲天线最常用的形式是双反射面天线（见反射面天线）。

第54卷 第6期2021年6月通信技术Communications TechnologyVol.54 No.6Jun. 2021文献引用格式：张义坡，周冲.一种单脉冲形式的平板天线设计[J].通信技术，2021，54（6）：1509-1513.ZHANG Yipo,ZHOU Chong.Design of a monopulse flat plate antenna[J].Communications Technology,2021,54(6):1509-1513.doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2021.06.034一种单脉冲形式的平板天线设计*张义坡，周 冲（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081）摘 要：平板天线是一种可快速展开使用及收藏的卫星通信地球站天线。

因此，设计了一种单脉冲形式的L频段平板天线，采用微带平板阵列方式比常规抛物面天线更适用于车载平台的使用，避免了传统馈源形式的遮挡影响，因此，具有增益高、质量轻和尺寸小的特点。

设计完成后，使用HFSS对整个天线方向图进行仿真计算，并进行优化处理。

实测结果表明，设计的天线电气性能优良，具有良好的实用性。

关键词：单脉冲；平板天线；微带；电气性能中图分类号：TN828.5 文献标识码：A 文章编号：1002-0802(2021)-06-1509-05Design of a Monopulse Flat Plate AntennaZHANG Yipo, ZHOU Chong(No.54 Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081, China)Abstract: The flat plate antenna is a kind of satellite communication earth station antenna that can be quickly deployed and collected. A monopulse L-band flat plate antenna is designed. The microstrip flat panel array is more suitable for the vehicle platform than the conventional parabolic antennas, thereby avoiding the shadowing effects of traditional feed forms, and has the characteristics of high gain, light weight and small size. After the design is completed, the whole antenna pattern is simulated and optimized by using HFSS. Measurement results indicate that the designed antenna has excellent electrical performance and good practicability.Keywords: monopulse; flat plate antenna; microstrip; electrical performance0 引 言平板天线是可用于一些特定频段的卫星通信地球站，通过地球同步卫星转发，与中心站建立卫星通信链路。

基于HFSS15基片集成波导的单脉冲馈电网络
 Hirokawa和Ando于1998年首先提出了基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW），即在介质基片中制作两排金属化通孔，与上下表面围成准封闭的导波结构。

相对于传统的金属波导，SIW体积小、重量轻；同时，相对于微带线等传统电路，SIW损耗小、辐射低。

吴柯教授以及其他的专家学者对SIW进行了数值分析、建模及特性分析，并实现了各类高性能的器件，例如滤波器、定向耦合器、移相器、天线单元及阵列等。

然而在实际工程应用中，单一器件往往不能满足系统需求，各组件、部件乃至各子系统一般都要求尽可能使用同一种传输线，从而保证内部连接更为紧凑，使得损耗更小，性能稳定。

由于基片集成波导的结构包含大量金属化圆孔，仿真软件在仿真的时候，往往导致计算机内存不够而运行终止，或者占用内存较大而降低仿真效率。

 本文基于上述考虑，结合单脉冲网络的项目需求，运用HFSS软件，采用优化设计模型，设计了基片集成波导的单脉冲馈电网络。

在考虑到各项误差后，测试结果和仿真结果基本吻合，从而证明优化模型在基片集成波导设计中的高效性，也证明HFSS在电路设计过程中的实用价值。

 2、基于基片集成波导的单脉冲馈电网络。