基于振動(dòng)與互耦分析的有源相控陣天線單元設(shè)計(jì)與電性能仿真.pdf

1、有源相控陣天線(APAA)作為典型的機(jī)電結(jié)合系統(tǒng)，由于隨機(jī)振動(dòng)、加工誤差、互耦變化等因素，嚴(yán)重制約著高性能、高頻段、大帶寬、超低副瓣相控陣天線的實(shí)現(xiàn)。因此在設(shè)計(jì)過程中，不僅要對天線單元及陣列的輻射特性進(jìn)行分析研究，而且需要找到 APAA結(jié)構(gòu)與電磁之間的耦合關(guān)系，以在天線結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、制造加工過程中進(jìn)行理論指導(dǎo)。本文在前人的基礎(chǔ)之上，對 APAA單元設(shè)計(jì)、隨機(jī)振動(dòng)對APAA電性能影響、考慮陣元互耦的APAA機(jī)電耦合模型進(jìn)行了研究，主要包括

2、以下內(nèi)容：
　　(1)根據(jù)準(zhǔn)八木天線具有頻帶寬、增益高、體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)，選擇其作為機(jī)載 APAA輻射單元，并利用 HFSS對準(zhǔn)八木天線單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)化掃描分析及優(yōu)化，優(yōu)化后的天線單元相對帶寬達(dá)到28％。同時(shí)對優(yōu)化后的天線單元設(shè)置主從邊界條件，仿真分析了互耦對16′16面陣的掃描特性的影響。由于互耦的存在，在0o到60o的掃描過程中，天線增益降低(最大達(dá)3.19dB)，副瓣電平抬高(最高達(dá)0.98dB)，波束

3、指向與理論值存在偏差(最大相差05. o)。
　　(2)建立了不考慮陣元互耦的APAA機(jī)電耦合模型，并利用ANSYS軟件對某型X波段10′10機(jī)載APAA結(jié)構(gòu)做隨機(jī)振動(dòng)分析，得到每個(gè)輻射單元的位置偏移量。再利用所建立的APAA機(jī)電耦合模型，仿真了戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載振動(dòng)環(huán)境下 APAA的電性能。由于振動(dòng)的影響，天線增益下降0.65dB，副瓣電平抬高達(dá)2.54dB。利用此模型可預(yù)測隨機(jī)振動(dòng)變形對APAA電性能的影響，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　

4、(3)在已建立的APAA機(jī)電耦合模型基礎(chǔ)之上，考慮陣元互耦，建立了更能準(zhǔn)確反應(yīng)APAA真實(shí)工作環(huán)境的機(jī)電耦合模型。通過對考慮陣元互耦的31單元均勻線陣及5×5單元面陣MATLAB軟件編程與HFSS建模，仿真分析了它們在理想情況下和結(jié)構(gòu)誤差條件下的電性能。耦合模型計(jì)算的31單元均勻線陣增益在兩種情況下與HFSS計(jì)算的結(jié)果分別相差0.14dB和0.05dB，副瓣電平分別相差0.18dB和0.02dB；5×5單元面陣增益與HFSS計(jì)算的增益分