共形天線及陣列的分析和綜合研究.pdf

1、共形天線由于其獨有的優(yōu)點在現(xiàn)代雷達中得到廣泛地應(yīng)用：首先，與其載體表面共形，對載體本身的空氣動力學(xué)性能影響不大；其次，在保證天線性能的條件下，采用共形天線可以簡化天線安裝；而且目前普遍采用的平面相控陣列天線還存在很多問題，如：[1]波束掃描范圍窄；[2]天線單元之間的互耦效應(yīng)與掃描角相關(guān)等。共形天線陣可以采用圓形、球形陣列等形式，可有效地避免上述缺點，它們可以在掃描過程中基本保持天線的波束形狀和增益，同時使互耦維持在一定水平上。

2、 本論文就基于復(fù)雜載體上共形微帶天線單元及陣列進行分析和綜合研究，對現(xiàn)階段共形天線研究中的重點、難點以及一些前沿問題進行了較為深入地探討。圍繞共形微帶天線的精確分析方法、共形微帶天線單元及陣列的優(yōu)化方法等，論文系統(tǒng)而深入地研究了以下幾個方面的內(nèi)容： 第一、基于體面線積分方程(VSWIE)的共形微帶天線精確分析。 本文采用體、面、線及線面結(jié)合的四種基函數(shù)結(jié)合的VSWIE方程，精確計算任意形狀、有限大介質(zhì)和地板、探針饋電的共

3、形微帶天線輻射和阻抗特性。四種不同的基函數(shù)分別代表介質(zhì)體內(nèi)的體位移電流、金屬表面的面電流、饋電探針上的線電流以及探針同天線結(jié)合處的電流。利用矩量法(MOM)建立線性方程組，通過求解這個線性方程組，得到各個基函數(shù)上的電流值，從而很容易地計算出天線的輻射和阻抗特性。 第二、基于VSWIE的共形微帶天線陣列精確分析。 由于介質(zhì)部分采用體剖分，其未知量大，直接采用MOM很難處理相關(guān)的陣列問題，所以有必要使用快速算法加速計算。因此

4、，本文采用多層快速多極子(MLFMA)方法提高計算效率，減小了計算機的資源消耗。同時，針對電大載體上的微帶共形天線及陣列的數(shù)值計算問題，本文還將物理光學(xué)法(PO)同VSWIE結(jié)合，在微帶天線陣列區(qū)使用VSWIE方法，在金屬載體區(qū)使用PO，大大提高了算法在實際問題中的應(yīng)用范圍。 第三、適合共形的微帶天線單元設(shè)計。 由于微帶天線共形于載體之上，其介質(zhì)厚度不宜過大，本章對共形微帶天線的討論均建立在單層薄介質(zhì)材料之上。針對如何展

5、寬微帶天線帶寬問題，文中詳細介紹了采用MOM和遺傳算法(GA)開發(fā)的寬頻帶微帶天線設(shè)計工具，以及兩款寬頻帶微帶天線。同時，由于載體上可供天線的安裝空間有限，本章還對微帶天線中的可重構(gòu)技術(shù)展開研究，提出了：①新型頻率可重構(gòu)天線：②新型方向圖可重構(gòu)天線；③新型寬帶方向圖可重構(gòu)天線；④新型的極化可重構(gòu)天線。 第四、空間映射技術(shù)(SM)在共形天線優(yōu)化中的應(yīng)用。 文中使用SM技術(shù)針對復(fù)雜載體上的共形天線進行優(yōu)化。采用SM技術(shù)后，共

6、形天線的整體優(yōu)化時間降低了約一個數(shù)量級左右。由于粗模型選用平面微帶天線，因此對不同載體上的同類型的共形微帶天線優(yōu)化能夠使用相同的粗模型。同時在深入研究后，本文還總結(jié)出了如何合理選擇響應(yīng)函數(shù)以加快優(yōu)化速度的方法。 第五、共形天線陣列的精確快速綜合設(shè)計現(xiàn)代天線設(shè)計及優(yōu)化問題往往涉及天線的各個參數(shù)，需要優(yōu)化的天線參數(shù)不只一個。經(jīng)典的多目標(biāo)優(yōu)化方法中，通常把多個目標(biāo)函數(shù)整合成單個目標(biāo)，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)優(yōu)化問題。然而當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)