天線罩的高低頻分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、帶罩天線系統(tǒng)因具有適應(yīng)各種嚴(yán)酷工作環(huán)境的能力，在軍事與民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。天線罩在保護(hù)天線工作的同時(shí)，也不可避免地影響到天線的輻射特性。帶罩天線系統(tǒng)電磁特性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)帶罩天線系統(tǒng)的電性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究，主要的研究工作可以歸納為以下幾個(gè)方面：
　　1.基于低頻方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析及其近區(qū)障礙物影響分析的有限元—邊界積分法和基于體積分方程的矩量法，推導(dǎo)了天線罩表面電

2、磁場(chǎng)以及輻射場(chǎng)的計(jì)算公式、障礙物表面電流與電磁場(chǎng)的計(jì)算公式；研究了介質(zhì)板的厚度、長(zhǎng)度、傾斜角和曲率等罩面擾動(dòng)因素對(duì)介質(zhì)板表面場(chǎng)與近場(chǎng)分布特性的影響；考慮天線的不同掃描角度，研究了天線罩抗燒蝕頭尺寸、底部形狀等因素對(duì)天線遠(yuǎn)場(chǎng)和掃描角度偏移的影響規(guī)律。
　　2.基于高頻方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析的口徑積分—表面積分法與射線追蹤法，推導(dǎo)了帶罩天線輻射場(chǎng)計(jì)算的相關(guān)公式；重點(diǎn)研究了高頻方法的計(jì)算有效性問題，對(duì)比分析了

3、不同罩壁厚度、曲率、照射方向時(shí)高低頻計(jì)算結(jié)果的差異，針對(duì)圓形天線罩、罩頂部曲率擾動(dòng)和夾角變化、罩壁局部和連續(xù)擾動(dòng)、以及罩頂波紋擾動(dòng)等多種天線罩結(jié)構(gòu)，研究了影響高頻方法計(jì)算精度的主要因素，確定了基于局部平板近似的高頻方法分析天線罩問題的適用范圍。
　　3.基于高低頻混合方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析的混合有限元—物理光學(xué)法與混合物理光學(xué)—矩量法，推導(dǎo)了天線罩表面電磁流的迭代計(jì)算公式，以及用于改進(jìn)有限元計(jì)算的兩類耦

4、合邊界條件，提出了適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)天線罩分析的混合體積分方程—物理光學(xué)法；對(duì)比分析了不同迭代次數(shù)與計(jì)算區(qū)域劃分時(shí)，混合方法所計(jì)算出的天線罩表面場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的差異。結(jié)果表明：對(duì)混合有限元—物理光學(xué)法的改進(jìn)有效提高了其精度，而混合體積分方程—物理光學(xué)法在低頻區(qū)域長(zhǎng)度較短的情況下也具有較好的準(zhǔn)確性。
　　4.天線罩電磁特性優(yōu)化設(shè)計(jì)：研究了天線罩壁厚度的高效優(yōu)化方法以及具有鏡像瓣抑制特點(diǎn)的罩壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；在推導(dǎo)分析射線追蹤法計(jì)算帶罩口徑天線輻

5、射場(chǎng)公式的基礎(chǔ)上，提出用于反映天線罩瞄準(zhǔn)誤差與透波率特性的等效口徑重心與平均相對(duì)電平的概念，結(jié)合粒子群算法研究了A夾層天線罩的芯層厚度快速優(yōu)化問題；提出了一種粗糙化天線罩內(nèi)部輪廓的鏡像瓣抑制方法，在推導(dǎo)分析均勻介質(zhì)板透射遠(yuǎn)場(chǎng)與傳輸系數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，定義了非均勻介質(zhì)板的等效傳輸系數(shù)與反射匯聚系數(shù)的概念，研究了具有周期性輪廓波動(dòng)的介質(zhì)板在不同波動(dòng)形狀、波動(dòng)高度、波動(dòng)周期下的反射與透射特性，以及周期性內(nèi)部輪廓波動(dòng)對(duì)于整罩鏡像瓣特性的影響。結(jié)果

6、表明：通過在適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)造中用等效口徑場(chǎng)參數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)，能夠顯著提升進(jìn)化算法的優(yōu)化速度；通過合理設(shè)計(jì)天線罩內(nèi)部的輪廓波動(dòng)，能夠在不影響主瓣的同時(shí)，有效達(dá)到鏡像瓣抑制的效果。
　　5.天線罩電性能的一體化優(yōu)化方法：研究了基于數(shù)字移相器的天線罩瞄準(zhǔn)誤差快速優(yōu)化技術(shù)以及基于自適應(yīng)算法的帶罩天線系統(tǒng)優(yōu)化方法；研究了用低位移相器實(shí)現(xiàn)最佳數(shù)字相位優(yōu)化的離散粒子群算法，提出了基于先驗(yàn)信息的改進(jìn)粒子群瞄準(zhǔn)誤差優(yōu)化算法，推導(dǎo)建立了用于提升優(yōu)

7、化速度的輻射關(guān)系矩陣，完成了變掃描角的帶罩陣列天線針對(duì)瞄準(zhǔn)誤差的數(shù)字相位快速優(yōu)化；推導(dǎo)了基于最小均方誤差準(zhǔn)則的天線方向圖自適應(yīng)優(yōu)化算法公式，給出了自適應(yīng)陣列天線—罩系統(tǒng)的方向圖優(yōu)化方法，并針對(duì)主瓣方向、旁瓣電平、零陷位置等要求，結(jié)合粒子群算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：基于數(shù)字相位與先驗(yàn)信息的瞄準(zhǔn)誤差優(yōu)化方法能夠能夠有效降低移相器的數(shù)字量化誤差，并具有收斂速度快、計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)；而基于自適應(yīng)算法的優(yōu)化方法能夠在補(bǔ)償天線罩引起的輻射損耗的

8、同時(shí)，有效實(shí)現(xiàn)方向圖的優(yōu)化要求。
　　6.帶罩天線系統(tǒng)散射對(duì)消技術(shù)：研究了帶罩天線實(shí)現(xiàn)對(duì)消式隱身的設(shè)計(jì)方法，建立了具備對(duì)消功能的帶罩陣列天線優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了對(duì)消波束與天線主波束賦形優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)成方法，提出了用射線追蹤法結(jié)合口徑積分—表面積分法計(jì)算罩內(nèi)天線平板散射場(chǎng)的方法；分別針對(duì)罩外散射體與罩內(nèi)天線散射的對(duì)消問題，進(jìn)行了基于陣元激勵(lì)幅度與相位調(diào)節(jié)的對(duì)消波束與主波束賦形優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：疊加主波束與對(duì)消波束激勵(lì)得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向