基于模式变换的高灵敏度相控阵馈源技术研究

The phased array fed reflector antenna, with the advantages of phased array antenna's flexibility and reflector antenna's low cost, providing both high gain and the ability of fast beam scan or simultaneous multi-beam in a limit range in the same time, has great prospect of application in radar, satellite communication, and radio astronomy. This application comes from the need of the international scientific project--the Square Kilometre Array, and is to find a way of the development of the phased array feed of high sensitivity. By investigating how the mutual coupling of the feed array affects the performance of the antenna, and studies of the principle of the mode transformation in theory and experiment, efforts are to be carried out to reduce the mismatch between the mutual coupling related active impedance of the feed array element and low noise amplifier. With the feed array optimization in conjugate with the reflectors, two main noise contributors: the insertion loss and the mismatch noise of the LNA are going to be largely reduced, and radio telescope of high sensitivity could be achieved.

以相控阵作为馈源的反射面天线，是一种兼具相控阵天线的灵活性和反射面天线低成本特点的高性价比的天线形式，可以在满足天线增益要求的同时实现一定范围内的快速扫描以及多波束工作。该技术在雷达、卫星通信、射电天文等领域有着广泛的应用前景。本课题以用于国际大科学工程平方公里阵的相控阵馈源为背景，从射电天文的具体应用需求出发，以高灵敏度相控阵馈源为研究目标，研究馈源阵列耦合对天线性能影响的机理，通过理论分析和实验验证探索基于模式变换的降低阵列单元间耦合的方法，以改善馈源阵列单元的有源阻抗与低噪声放大器输入阻抗的匹配，通过一体化思路的优化阵列设计，提高辐射效率和降低低噪声放大器的失配噪声，有效降低相控阵馈源的系统噪声，实现射电望远镜的高灵敏度。

以相控阵作为馈源的反射面天线,是一种兼具相控阵天线的灵活性和反射面天线低成本特点的高性价比的天线形式,可以在满足天线增益要求的同时实现一定范围内的快速扫描以及多波束工作。该技术非常适用于射电天文等对于高灵敏度、大视场有着迫切需求的应用，因此被称为下一代射电望远镜的代表性技术。本课题以用于国际大科学工程平方公里阵的相控阵馈源为背景,从射电天文的具体应用需求出发,以高灵敏度相控阵馈源为研究目标,研究了馈源阵列耦合对天线性能影响的机理，通过基于模式变换降低阵列单元间耦合的方法，以及一体化思路指导下的优化阵列设计,实现了射电望远镜高灵敏度相控阵馈源阵列的设计，并研制了工程样机。研究成果可直接用于SKA、FAST和QTT等射电望远镜。