毫米波天線罩特性分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著毫米波理論與技術(shù)的發(fā)展，毫米波雷達(dá)與傳統(tǒng)微波頻段雷達(dá)相比具有更高跟蹤精度和更強(qiáng)的抗干擾能力，因此毫米波雷達(dá)在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了保證毫米波雷達(dá)系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能正常工作，在雷達(dá)天線的前部會安裝保護(hù)天線的天線罩，該天線罩在毫米波頻段的電氣性能的好壞將直接影響整個毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的性能。因此，對毫米波天線罩特性進(jìn)行準(zhǔn)確分析并對毫米波天線罩優(yōu)化設(shè)計具有重要的理論意義和工程價值。
　　 目前，天線罩的分析向著更高

2、的分析精度和更快的計算速度發(fā)展。隨著計算電磁學(xué)的發(fā)展，越來越多的電磁場分析方法被應(yīng)用到天線罩的分析之中，同時，隨著快速算法和計算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，天線罩分析的速度也大大提高。但對毫米波頻段的天線-天線罩系統(tǒng)，由于工作波長在毫米數(shù)量級，常見尺寸的天線罩在此頻段都為電大尺寸。因此，在分析方法和計算機(jī)技術(shù)等的制約下，對毫米波天線-天線罩系統(tǒng)的分析與優(yōu)化設(shè)計的研究并不多見。
　　 本文根據(jù)毫米波天線-天線罩系統(tǒng)工作波長短、罩體電尺寸大的特

3、點(diǎn)，圍繞毫米波天線罩特性分析與優(yōu)化設(shè)計展開工作。首先對已有的天線罩的分析方法進(jìn)行研究和分析，對這些方法用于毫米波天線罩分析時存在的不足進(jìn)行了補(bǔ)充修正。然后，根據(jù)天線-天線罩問題的特殊情況，提出了兩種將高頻方法、低頻方法和解析方法相結(jié)合的混合分析方法用于分析天線-天線罩問題，提高了天線罩系統(tǒng)的分析精度和效率。最后，本文從天線罩引起天線輻射特性變化的本質(zhì)出發(fā)，提出了兩種天線罩剖面結(jié)構(gòu)模型來改善天線罩性能，并結(jié)合遺傳算法，實(shí)現(xiàn)了對毫米波天線罩

4、的快速優(yōu)化設(shè)計。
　　 本文工作主要包括以下幾個部分：
　　 1、針對毫米波天線罩罩壁電厚度較大，罩內(nèi)電磁場入射角較大的特點(diǎn)，討論了通過等效傳輸線模型求取電磁波穿過多層介質(zhì)平板的傳輸系數(shù)時，傳統(tǒng)傳輸系數(shù)忽略了橫向傳輸相位因子的問題。通過對傳統(tǒng)傳輸系數(shù)的修正，大大提高了基于物理光學(xué)的高頻方法分析毫米波天線罩的精度。
　　 2、針對電大尺寸毫米波天線罩罩壁上的復(fù)雜細(xì)微結(jié)構(gòu)對天線輻射性能的影響較難精確分析的特點(diǎn)，提出了

5、一種將高頻物理光學(xué)法與低頻邊界積分和有限元法結(jié)合使用的混合方法，實(shí)現(xiàn)了對此類問題快速分析，其結(jié)果具有可以接受的精度，是毫米波天線罩分析中精度和效率的很好的折中。
　　 3、針對某些天線和天線罩之間的耦合問題，本文提出了一種將高頻物理光學(xué)、低頻邊界積分與有限元法和解析的模式匹配法相結(jié)合的混合方法，實(shí)現(xiàn)了對天線-天線罩系統(tǒng)輻射特性、輸入駐波特性等的一體化分析。
　　 4、為改善天線-天線罩系統(tǒng)的性能，本文從天線罩引起天線輻射

6、特性變化的本質(zhì)出發(fā)，提出了連續(xù)變剖面和分段均勻剖面兩種天線罩罩壁結(jié)構(gòu)模型，用于改善天線罩瞄準(zhǔn)誤差和傳輸系數(shù)的性能。同時結(jié)合遺傳優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了對毫米波天線罩的優(yōu)化設(shè)計，有效地減小了天線罩的瞄準(zhǔn)誤差和瞄準(zhǔn)誤差斜率，并提高了天線罩的傳輸系數(shù)。
　　 5、以本文所討論的毫米波天線罩分析與優(yōu)化設(shè)計方法為基礎(chǔ)，編制了毫米波天線罩分析與設(shè)計一體化軟件，實(shí)現(xiàn)了對多種天線形式、多種天線罩模型的快速分析與優(yōu)化設(shè)計。軟件界面友好，功能齊備，已提交用