一维超宽带阵列天线时域波束扫描分析

张昀剑 熊 灵 高 鹏

(电子科技大学 成都 611731)

1 引言

相比于传统窄带系统，相对带宽大于25%的超宽带技术被广泛证明具有巨大优势［1］。信号的宽带特性使超宽带技术吸引了大量学者研究其应用，例如遥感遥测、穿墙雷达、个人无线通信系统等［2-6］。

基于频域的窄带天线分析方法已经非常成熟，但对于超宽带天线来说该方法具有一定局限性。超宽带时域激励信号具有很宽的频谱，若要得到天线辐射或接收的时域特性，需要对多频点的频域数据进行傅里叶逆变换，实现方法难度较大且繁琐。时域方法通过高速采样示波器直接获取时域数据，进行一次傅里叶变换即可得到完整的频谱，能够更便捷直观地表示信号传播特性［7］。与传统雷达系统相比，基于超宽带天线的时域超宽带雷达具有诸多优势［8-10］。为提高雷达对目标的探测能力，需要对辐射波束进行赋形，因此采用超宽带天线组成阵列作为超宽带雷达的接收/发射天线是一种行之有效的方法［11］。

2011 年，日本樱花公司的Fuminori Sakai 等人设计出了一种小型超宽带穿墙雷达［12］。该研究使用波束扫描阵列天线，通过改变触发频率(46.98MHz ± 230KHz)改变辐射波束指向(-40°～38°)，实验获得的数据显示该雷达系统具有25cm的距离分辨率和15°的角度分辨率。该雷达系统的工作频率带宽为3.4GHz 至4.8GHz，对应工作波长为63mm 至88mm，发射信号的穿透力受到一定限制且回波损耗相对较大。

本文设计了一个1 ×4 均匀直线超宽带天线阵列用于时域仿真及实验测试。各天线单元由相同波形、不同时延的时域瞬态信号激励。……