基于相控电磁表面的W波段雷达系统研究

吴优 息荣艳 潘笑天 杨帆 刘一民 黄天耀 许慎恒 李懋坤

吴优, 息荣艳, 潘笑天, 等. 基于相控电磁表面的W波段雷达系统研究[J]. 雷达学报, 2021, 10(2): 281–287. doi: 10.12000/JR21041
引用本文: 吴优, 息荣艳, 潘笑天, 等. 基于相控电磁表面的W波段雷达系统研究[J]. 雷达学报, 2021, 10(2): 281–287. doi: 10.12000/JR21041
WU You, XI Rongyan, PAN Xiaotian, et al. Research on a phased electromagnetic surface-based W-band radar system[J]. Journal of Radars, 2021, 10(2): 281–287. doi: 10.12000/JR21041
Citation: WU You, XI Rongyan, PAN Xiaotian, et al. Research on a phased electromagnetic surface-based W-band radar system[J]. Journal of Radars, 2021, 10(2): 281–287. doi: 10.12000/JR21041

基于相控电磁表面的W波段雷达系统研究

doi: 10.12000/JR21041
基金项目: 国家自然科学基金(61801258)
详细信息
    作者简介:

    吴优:吴 优(1994–),男,安徽人,清华大学电子工程系博士研究生,主要研究方向为可重构天线、太赫兹天线等。E-mail: wuy19@mails.tsinghua.edu.cn

    息荣艳(1995–),女,河北人,清华大学电子工程系博士研究生,主要研究方向为超宽带前视成像、雷达信号处理。E-mail: xiry17@mails.tsinghua.edu.cn

    潘笑天(1991–),男,河南人,2020年从清华大学电子工程系获得博士学位,研究方向为可重构反射/透射阵列、太赫兹波束扫描天线以及成像应用。E-mail: xtpan@outlook.com

    杨帆:杨 帆(1975–),男,湖北人,清华大学电子工程系教授,主要研究方向为现代天线理论、设计与测量,新型电磁材料的探索和应用,电磁场数值算法与优化,应用电磁系统的研究与开发等。E-mail: fan_yang@tsinghua.edu.cn

    刘一民(1983–),男,重庆人,清华大学电子工程系副教授,主要研究方向为雷达系统、雷达抗干扰、一体化系统、智能交通、智能感知、统计信号处理等。E-mail: yiminliu@tsinghua.edu.cn

    黄天耀(1989–),男,江西人,清华大学电子工程系助理研究员,主要研究方向为雷达信号处理、通信雷达一体化、压缩感知。E-mail: huangtianyao@tsinghua.edu.cn

    许慎恒(1978–),男,江苏人,清华大学电子工程系副研究员,主要研究方向为新型应用系统中的高增益天线设计、人工电磁结构、电磁场与天线理论以及优化算法研究和应用。E-mail: shxu@tsinghua.edu.cn

    李懋坤(1979–),男,辽宁人,清华大学电子工程系副教授,主要研究方向为电磁场理论与计算电磁学、特别是电磁建模与数据反演快速算法及其在地球物理,生物医学等领域的应用。E-mail: maokunli@tsinghua.edu.cn

    通讯作者:

    杨帆 fan_yang@tsinghua.edu.cn

  • 责任主编:张安学 Corresponding Editor: ZHANG Anxue
  • 中图分类号: TN95

Research on a Phased Electromagnetic Surface-based W-band Radar System

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61801258)
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  • 摘要: 该文将介绍一种W波段相控电磁表面雷达系统。这种工作在92~96 GHz的相控电磁表面天线,仅利用普通的印刷电路板(PCB)加工工艺及加工精度要求,通过合理的单元设计,可以控制掺杂本征材料的二极管(PIN)实现电流翻转,能轻便地、低成本地在W波段保证稳定的180°调相效果。进一步通过输入合适的空间编码,相控电磁表面天线可以形成具有不同指向的波束。这种具有空间波束扫描能力的透射型相控电磁表面天线,用作雷达系统的接收天线。该文提出的W波段相控电磁表面雷达系统及其加工和测试结果,为后续研究精确制导、目标识别、成像等应用提供了基础。

     

  • 图  1  相控电磁表面天线单元结构及180°调相结构

    Figure  1.  Phased electromagnetic surface unit cell and 180° phase shift structure

    图  2  不同状态下天线单元的电流分布

    Figure  2.  Current distribution of the unit cell in different states

    图  3  相控电磁表面天线单元原理模型的全波仿真结果

    Figure  3.  Full wave simulation results of the phased electromagnetic surface principle model

    图  4  相控电磁表面雷达系统

    Figure  4.  Phased electromagnetic surface radar system diagram

    图  5  相控电磁表面雷达系统实物图

    Figure  5.  The figure of the phased electromagnetic surface radar system

    图  6  相控电磁表面天线子系统

    Figure  6.  The phased electromagnetic surface antenna subsystem

    图  7  相控电磁表面天线的天线测试现场图

    Figure  7.  The phased electromagnetic surface antenna measurement site

    图  8  相控电磁表面天线波束扫描性能

    Figure  8.  The phased electromagnetic surface antenna beam scanning performance

    图  9  相控电磁表面雷达系统测试现场图

    Figure  9.  The phased electromagnetic surface radar system test site

    图  10  金属小棍一维距离像

    Figure  10.  The one-dimensional range profile of a metal stick

    图  11  不同波束指向下的散射点强度

    Figure  11.  The intensity of the scatterer under different beam directions

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-29
  • 修回日期:  2021-04-24
  • 网络出版日期:  2021-04-28
  • 刊出日期:  2021-04-28

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