基于遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖診斷相控陣天線(xiàn)失效陣元的方法研究.pdf

1、陣列天線(xiàn)以其在波束形成和能量傳輸方面的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于聲納、雷達(dá)以及通信等系統(tǒng)。而大型陣列天線(xiàn)通常有著多達(dá)幾百甚至上千的輻射單元或子陣列，為了實(shí)現(xiàn)較好的波束賦形和方向控制，輻射單元的饋電一般由T/R組件等有源網(wǎng)絡(luò)控制。若其中部分組件出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致陣列部分陣元失效，從而造成整個(gè)整列口徑場(chǎng)發(fā)生變換，從而引起天線(xiàn)輻射方向圖，副瓣電平等性能指標(biāo)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響天線(xiàn)的正常使用。因此，此時(shí)對(duì)天線(xiàn)故障單元診斷并利用有源相控陣天線(xiàn)具有可以通過(guò)改變他們

2、的激勵(lì)分布恢復(fù)輻射方向圖的優(yōu)點(diǎn)，減小失效陣元的影響顯得尤為重要。
　　目前對(duì)于陣列診斷最常見(jiàn)的方法是利用近場(chǎng)診斷的方法。然而近場(chǎng)掃描一般需要采集較多數(shù)據(jù)，測(cè)量與數(shù)據(jù)處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且對(duì)于不同應(yīng)用環(huán)境，有時(shí)是無(wú)法進(jìn)行近場(chǎng)掃描的。因此研究如何僅通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)幅度方向圖的數(shù)據(jù)來(lái)診斷出相控陣天線(xiàn)中的失效陣元然后對(duì)陣元失效后的陣列進(jìn)行校準(zhǔn)是具有重要意義的。
　　首先分析研究了目前各種基于遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖診斷相控陣天線(xiàn)失效陣元方法，并進(jìn)行對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)

3、，選取遺傳算法用于診斷失效陣元問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)表征不同激勵(lì)情況的陣列方向圖與測(cè)量方向圖之間的差距，通過(guò)遺傳算法尋找與測(cè)量方向圖最接近時(shí)陣列的激勵(lì)情況，從而找到陣列的失效陣元的位置和數(shù)目。
　　為了提高診斷的成功率，在遺傳算法的構(gòu)建中采用自適應(yīng)遺傳算法結(jié)合精英保留策略。并在目標(biāo)函數(shù)中方向圖的計(jì)算中添加陣列天線(xiàn)陣元之間互耦的影響。
　　分別從線(xiàn)陣，大互耦的線(xiàn)陣并拓展到面陣，先進(jìn)行理論分析計(jì)算，再利用仿真軟件的仿真結(jié)果驗(yàn)證了

4、采用改進(jìn)的遺傳算法并考慮互耦的方法在診斷陣列失效陣元中能有效的提高診斷的成功率。
　　然后，分析研究了陣列存在失效陣元的校準(zhǔn)方法，采用遺傳算法，分別使用了陣列稀疏及優(yōu)化賦形兩種方式對(duì)陣列進(jìn)行了陣元失效后的校準(zhǔn)，提高了天線(xiàn)的性能。對(duì)陣列存在陣元失效后如何提高天線(xiàn)性能進(jìn)行了有益探索。
　　最后，設(shè)計(jì)一款微帶印刷陣子天線(xiàn)陣，通過(guò)人為設(shè)置失效單元，并在微波暗室進(jìn)行實(shí)測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，然后使用算法對(duì)失效陣元進(jìn)行診斷。驗(yàn)證了文中方法在實(shí)際的