天線罩平板寬帶設(shè)計(jì)與電磁分析補(bǔ)償.pdf

1、為了保障天線在不利環(huán)境下正常工作，天線罩在各種電磁波發(fā)射、接收領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。由于電磁波的諧振特性，天線罩對(duì)天線的輻射性能具有很大的影響，導(dǎo)致插入損耗、副瓣抬升、瞄準(zhǔn)誤差等帶罩效應(yīng)。天線罩設(shè)計(jì)技術(shù)與材料、電磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域聯(lián)系非常密切。例如：對(duì)于導(dǎo)彈天線罩，由于飛行速度特別快，空氣摩擦產(chǎn)生高溫環(huán)境引起介質(zhì)材料的屬性發(fā)生變化，從而進(jìn)一步導(dǎo)致天線罩的性能隨溫度發(fā)生變化。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　研究了多孔介質(zhì)的等效電磁

2、參數(shù)分析方法。等效電磁參數(shù)分析有助于多孔材料、復(fù)合材料的設(shè)計(jì)，同時(shí)是梯度漸變介質(zhì)平板的設(shè)計(jì)基本依據(jù)。經(jīng)典等效電磁參數(shù)分析方法難以考慮結(jié)構(gòu)對(duì)材料等效電磁參數(shù)的影響。本文采用自由空間法結(jié)合數(shù)值模擬分析了材料的等效電磁參數(shù)，考慮了材料的色散、溫變特性。通過(guò)仿真，對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證，證明了方法的正確性。采用本文方法對(duì)不同孔隙率下的多孔材料等效介電常數(shù)進(jìn)行插值，可以得到任意孔隙率，任意頻率下，材料的等效介電常數(shù)。
　　本文對(duì)寬帶透波梯度介質(zhì)平

3、板的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。相對(duì)窄帶設(shè)備而言，寬帶無(wú)線電設(shè)備具有更多的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，寬帶介質(zhì)平板設(shè)計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。相對(duì)而言，梯度漸變介質(zhì)是一種較好實(shí)現(xiàn)寬帶天線罩的方式。本文提出了兩種寬帶梯度介質(zhì)平板的設(shè)計(jì)方法。第一種是經(jīng)典解析方法，給出了一個(gè)采用漸變蜂窩結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的寬帶透波平板。通過(guò)有限元仿真證明了該結(jié)構(gòu)具有良好的高通寬帶透波特性。然后，本文提出了一種信賴域與遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化方法設(shè)計(jì)寬帶梯度介質(zhì)平板。相對(duì)而言，該方法的具有

4、較好的全局特性和收斂速度；其次，該混合方法考慮了介電常數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍，可以避免低介電常數(shù)分布情況下機(jī)械性能不佳的缺點(diǎn)；第三，針對(duì)高馬赫數(shù)天線罩的溫度變化范圍比較大的情況，本文在優(yōu)化過(guò)程中考慮了溫度對(duì)材料電磁參數(shù)造成的影響。
　　本文提出了全波仿真軟件結(jié)合近場(chǎng)口徑積分法，分析波導(dǎo)縫隙陣帶罩輻射特性。首先，對(duì)平面陣列應(yīng)用全波數(shù)值仿真軟件仿真，提取每個(gè)縫隙單元的電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，作為激勵(lì)。然后，采用近場(chǎng)口徑積分算法求解天線罩引起陣列方向圖的變化

5、。相對(duì)而言，這樣提高了分析精度，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方法采用理想的幅相分布無(wú)法考慮波導(dǎo)縫隙陣單元互耦造成的影響。
　　本文研究了天線罩引起相控陣方向圖畸變的補(bǔ)償方法。相對(duì)而言，對(duì)于天線罩方向圖畸變的補(bǔ)償，相控體制比機(jī)械掃描方式具有更多的選擇。通過(guò)對(duì)帶罩天線單元方向圖激勵(lì)綜合，可以減小天線罩引起輻射特性畸變影響。不同于傳統(tǒng)的平面陣的綜合，由于陣單元與天線罩相對(duì)位置不同，每個(gè)單元方向圖都不同。文獻(xiàn)中帶罩陣單元方向圖是采用物理光學(xué)方法得到的。本文

6、通過(guò)全波電磁仿真得到天線在天線罩影響下的單元方向圖。本文方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單元模型、帶罩天線單元方向圖更加準(zhǔn)確、可以考慮單元之間耦合作用。本文對(duì)綜合后得到的激勵(lì)分布，全波電磁仿真證明了本文方法的合理性。
　　另外，本文應(yīng)用近場(chǎng)口徑積分原理，提出了一個(gè)高效共形陣優(yōu)化算法。將共形陣曲面看成一個(gè)虛擬的空氣天線罩，用等效平面陣，在共形曲面上進(jìn)行投影求得共形陣單元的極化和幅度、相位初始化分布。然后，采用信賴域算法逼近目標(biāo)方