基于方向图可重构技术的相控阵大角度扫描特性研究

The wide-angle scanning phased array can find targets in a large airspace, which could provide timely information for electronic guidance, detection, search, recognition, acquisition and tracking. However, with the increase of scanning angles, the high side lobes, even grating lobes, will appear in the scanning space, the scanning gain will decrease sharply, and the beam width will mutate. How to solve these problems efficiently and break the bottleneck of the limitation of phased array scanning angles is the cores of this project. For these concerns, we combine the pattern reconfigurable technology with the design of phased arrays, thus carrying out series of researches to realize wide-angle scanning for phased arrays and improve the performance of the scanning beam. Our research includes: (1) Propose a novel calculable model for pattern reconfigurable elements, (2) Establish an analytical model for wide-angle scanning for sparse phased arrays, (3) Analysis the coupling effect between array elements and the regular pattern of the array factor of sparse arrays, thus proposing novel solutions for the restrain of high side lobes of wide-angle scanning beams, and (4) Design efficient optimization algorithms for the measurable design of wide-angle scanning for phased array. The development and implement of this project provide a systematic theory and an analytical model for the realization of wide-angle scanning for phased arrays.

大角度扫描相控阵能在较大的空域内发现目标，为制导、探测、搜索、识别、捕获和跟踪提供及时的信息。但随着扫描角度的增大，扫描区域会出现高旁瓣甚至栅瓣，扫描波束增益会急剧衰落、波束宽度会突变。如何有效地解决这些问题，并突破相控阵扫描角度受限瓶颈是本项目的研究核心。为此，本项目将方向图可重构技术与相控阵设计相结合，为实现相控阵大角度扫描以及提高扫描波束特性开展一系列研究，具体包括了，(1)提出新型方向图可重构单元可计算建模模型；(2)建立大角度扫描稀布相控阵分析模型；(3)研究阵元互耦效应、阵因子稀布规律，提出抑制大角度扫描波束高旁瓣新方法；(4)设计高效优化算法实现相控阵大角度扫描可量化设计。本项目的开展和实施为相控阵实现大角度扫描提供了一套系统的理论和分析模型。

本项目以平面大角度扫描相控阵为研究对象，结合方向图可重构技术，研究了基于方向图可重构技术的平面相控阵大角度扫描波束特性。本项目的主要创新性贡献包括：⑴ 提出了平面相控阵“粗扫”+“细扫”实现大角度扫描理论方案；⑵ 研究了“像素层”方向图可重构天线及其大角度扫描相控阵列；⑶ 结合微带贴片模式理论，提出了“模式+方向图”可重构天线，并研究了其大角度扫描特性；⑷ 研究稀布大角度扫描相控阵天线，并基于聚簇阵列，设计了新型双频大角度扫描相控阵；⑸ 基于耦合效应(利用互耦、抑制互耦)，提出了抑制大角度扫描波束高旁瓣的新方法；⑹ 完成若干原理性实验样机，建立了较为完善的基于方向图可重构技术实现平面相控阵大角度扫描的理论分析----实验验证体系。. 上述研究成果得到了国内外同行的认可。在项目资助下，课题组成员共发表直接相关SCI论文30多篇，其中本领域顶级期刊IEEE系列20篇，参加国际学术会议7人次，国内学术会议3次，申请国家发明专利9个。此外项目组成员出国交流访学4人/次、年，受邀做大会邀请报告1次，培养博士研究生3名、硕士研究生2名。课题组较好地完成了项目研究计划。