平面微帶相控陣天線大角度低旁瓣掃描問題研究.pdf

1、相控陣天線由于具有快速掃描的特點，使其在雷達探測以及衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有不可替代的作用。針對平面相控陣天線，為了使其波束掃描范圍更大，應(yīng)用范圍更廣，近年來研究學者們把重點放在了對相控陣天線掃描角度的擴展和波束質(zhì)量的優(yōu)化上。本學位論文是以平面微帶相控陣天線為研究載體，對相控陣天線的大角度掃描及低旁瓣優(yōu)化問題進行研究和探討，主要內(nèi)容如下：
　　第一部分主要對不同形式的寬波束相控陣單元天線的工作特點和原理進行研究和分析。首先，在平面微帶天

2、線結(jié)構(gòu)中，運用縫隙等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生等效磁流。分析磁流和電流在無限大金屬地板環(huán)境下的不同輻射狀態(tài)。根據(jù)金屬表面的邊界條件和鏡像原理分析得出平面磁流對于微帶天線寬波束和低仰角輻射的產(chǎn)生具有重要作用，并據(jù)此設(shè)計具有寬波束或低仰角輻射特性的微帶平面天線。其次，分析了基片集成波導結(jié)構(gòu)的縫隙天線。通過理論及仿真介紹基片集成波導上縫隙的排布方式以及工作原理，分析縫隙對天線輻射的影響，最終獲得寬波束輻射特性。最后，在微帶天線上將磁流和電流相結(jié)合，得到一種產(chǎn)生

3、寬波束圓極化輻射方向圖的電磁偶極子天線。分析了電流和磁流同時產(chǎn)生的方法，以及二者之間幅度和相位的調(diào)節(jié)，水平極化電場和垂直極化電場在保持幅度相同的情況下實現(xiàn)90°相位差地結(jié)合，形成圓極化輻射波束。將這三種基本的原理引入到微帶天線中，設(shè)計了四種不同形式的寬波束或低仰角高增益波束覆蓋的單元天線，為后面的相控陣天線大角度掃描研究打下了基礎(chǔ)。
　　第二部分主要對平面微帶相控陣天線的大角度掃描問題進行了研究，對不同天線單元以及不同相控陣結(jié)構(gòu)的

4、特點進行了分析和總結(jié)。首先，介紹了以微帶磁偶極子單元天線和微帶磁偶極子八木子陣所構(gòu)建的兩種相控陣天線的陣列排布方式及工作原理。陣列中重點研究了耦合貼片結(jié)構(gòu)在陣列有源單元間耦合能量傳遞方面所起到的作用。在耦合作用的幫助下陣列的有源單元方向圖相比自由環(huán)境中得到了擴展，使得陣列的掃描角度大幅度提高。其次，以基片集成波導縫隙天線為單元構(gòu)建相控陣天線。陣列中金屬通孔所構(gòu)成的等效電壁保證了單元天線電場模式穩(wěn)定，有源單元保持17％以上的相對帶寬。相控

5、陣在工作頻帶內(nèi)保持大角度的掃描范圍。然后，以電磁偶極子天線為單元構(gòu)建相控陣天線，分析陣列結(jié)構(gòu)對有源單元輻射方向圖的極化和波束寬度等參數(shù)的影響，實現(xiàn)了大角度的圓極化掃描。最后，在平面微帶正方形貼片天線上同時激勵TM010模式和零階諧振（ZOR）模式，利用二者在方向圖上互補的特點形成寬波束覆蓋的輻射方向圖，由其構(gòu)建的6×6的平面相控陣天線實現(xiàn)了二維空間上的雙極化大角度掃描。
　　第三部分主要以微帶磁偶極子相控陣為載體，研究大角度范圍內(nèi)

6、的掃描波束低旁瓣優(yōu)化問題。首先，采用遺傳算法對陣因子進行優(yōu)化，利用CST計算得出的有源單元方向圖作為陣因子中的單元，從而計及耦合所帶來的影響。實驗表明該方法可以有效降低大角度掃描范圍內(nèi)掃描波束的旁瓣大小。然后，運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測的方法代替陣因子對相控陣的掃描波束進行模擬計算。通過反饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對陣列進行模擬，其計算結(jié)果避免了耦合匹配等不確定因素的干擾，更加準確。對預測結(jié)果運用遺傳算法進行優(yōu)化。最后，對優(yōu)化結(jié)果進行試驗驗證，仿真和測試都證實