新体制频率分集阵列波束综合与天线设计方法研究

Frequency diverse array (FDA) has drawn extensive attention of the domestic and overseas researchers in radar and communication fields since it is can provide more flexible ability in beam control. Compared with conventional phased array (PA), FDA applies a tiny frequency offset across the array, resulting a transmit beampattern which is not only related to angle but also varies with range. Related investigations have demonstrated that this range-angle-dependent beampattern provides a new route for solving complicated practical problems, such as complicated electromagnetic interference countermine, detection of the high speed stealthy target and et al, which are intractable for available PA. The design of FDA antenna is the foundation and precondition of the application of new radar system and communication technique. Focused on the two chief coupling scientific problems in the synthesis and design of FDA antenna: 1) the range-angle information coupling in the steering vector, 2) the multi-frequency electromagnetic coupling among the elements, this project will be conducted to explore the exploitation of the controllable degrees-of-freedom in range and angle domains, investigate the theories and techniques to decouple the range-angle-coupled information, carry out the investigation of the decoupling approach and the design of the decoupling structure based on the analysis of electromagnetic mechanism among the multi-frequency transmit channels of FDA, thus providing solid foundation for the key technical breakthrough of the new type electronic systems of our country.

频率分集阵列天线以其灵活的波束控制能力引起了国内外雷达通信领域学者的广泛关注。与传统相控阵天线相比，频率分集阵列天线在阵元之间引入微小的频率步进量，使得其发射天线方向图不仅与角度有关，而且随距离发生变化。相关研究表明，其距离角度二维方向图为解决现有相控阵体制难以解决的实际问题（如复杂电磁干扰对抗、高速隐身目标探测等）提供了新思路。频率分集阵列天线的设计是支撑新体制雷达与通信技术应用的前提和基础。本项目针对频率分集阵列天线综合与设计中面临的两大耦合：1）导向矢量中距离-角度信息耦合、2）天线单元间多频电磁耦合的科学问题，探索频率分集阵列距离与角度二维可控自由度的利用方法，研究距离角度信息解耦合的理论与技术，基于频率分集阵列天线多频发射通路间的电磁耦合机理分析，开展去耦合方法研究与去耦合结构设计，为我国新型电子设备关键技术的突破奠定基础。

频率分集阵列天线以其灵活的波束控制能力引起了国内外雷达通信领域学者的广泛关注。与传统相控阵天线相比，频率分集阵列天线在阵元之间引入微小的频率步进量，使得其发射天线方向图不仅与角度有关，而且随距离发生变化。相关研究表明，其距离角度二维方向图为解决现有相控阵体制难以解决的实际问题（如复杂电磁干扰对抗、高速隐身目标探测等）提供了新思路。频率分集阵列天线的设计是支撑新体制雷达与通信技术应用的前提和基础。. 项目围绕频率分集阵列天线综合与设计中面临的两大耦合：1）导向矢量中距离-角度信息耦合、2）天线单元间多频电磁耦合的科学问题，从频率分集阵列基础理论、信号处理理论与算法、天线单元设计及去耦合方法三个方面，开展了系统性的研究工作，揭示了频率分集阵列天线距离/时间-角度方向图的形成机理，研究了频率分集阵二维方向图基本理论与方法，研究了基于磁电偶极子天线的小型化方法（用以降低阵元间耦合强度），提出了频率分集阵列距离与角度二维可控自由度的利用方法，探索了距离角度信息解耦合的理论与技术，开展了基于频率分集阵列天线多频发射通路间的电磁耦合机理分析、去耦合方法研究与去耦合结构设计，为新体制频率分集阵列工程应用奠定理论与技术基础。. 项目研究期间，累计发表与本项目研究内容密切相关的学术论文14篇，其中SCI索引6篇, 标注项目资助论文14篇，标注率达到100%；申请专利6项；培养硕士研究生3人, 参加国际会议4人次。项目负责人晋升副教授，2020年获陕西省“千人计划”青年专家人才称号，2021年获西安科技大学第六届徐精彩青年教师奖，2020年发表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上的论文获IEEE APS R. W. King 提名奖（大陆唯一），2020年获西安电子科技大学优秀博士论文。培育NSFC面上项目1项、陕西省教育厅自然科学专项项目1项。截至2022年11月底，本课题的全部研究内容已经完成，达到并部分超出合同规定的研究成果指标。