天線罩平板寬帶設(shè)計與電磁分析補償.pdf

1、為了保障天線在不利環(huán)境下正常工作，天線罩在各種電磁波發(fā)射、接收領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。由于電磁波的諧振特性，天線罩對天線的輻射性能具有很大的影響，導致插入損耗、副瓣抬升、瞄準誤差等帶罩效應(yīng)。天線罩設(shè)計技術(shù)與材料、電磁學、力學、熱學等學科領(lǐng)域聯(lián)系非常密切。例如：對于導彈天線罩，由于飛行速度特別快，空氣摩擦產(chǎn)生高溫環(huán)境引起介質(zhì)材料的屬性發(fā)生變化，從而進一步導致天線罩的性能隨溫度發(fā)生變化。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　研究了多孔介質(zhì)的等效電磁

2、參數(shù)分析方法。等效電磁參數(shù)分析有助于多孔材料、復(fù)合材料的設(shè)計，同時是梯度漸變介質(zhì)平板的設(shè)計基本依據(jù)。經(jīng)典等效電磁參數(shù)分析方法難以考慮結(jié)構(gòu)對材料等效電磁參數(shù)的影響。本文采用自由空間法結(jié)合數(shù)值模擬分析了材料的等效電磁參數(shù)，考慮了材料的色散、溫變特性。通過仿真，對該方法進行驗證，證明了方法的正確性。采用本文方法對不同孔隙率下的多孔材料等效介電常數(shù)進行插值，可以得到任意孔隙率，任意頻率下，材料的等效介電常數(shù)。
　　本文對寬帶透波梯度介質(zhì)平

3、板的優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究。相對窄帶設(shè)備而言，寬帶無線電設(shè)備具有更多的優(yōu)勢和應(yīng)用前景，寬帶介質(zhì)平板設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義。相對而言，梯度漸變介質(zhì)是一種較好實現(xiàn)寬帶天線罩的方式。本文提出了兩種寬帶梯度介質(zhì)平板的設(shè)計方法。第一種是經(jīng)典解析方法，給出了一個采用漸變蜂窩結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的寬帶透波平板。通過有限元仿真證明了該結(jié)構(gòu)具有良好的高通寬帶透波特性。然后，本文提出了一種信賴域與遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化方法設(shè)計寬帶梯度介質(zhì)平板。相對而言，該方法的具有

4、較好的全局特性和收斂速度；其次，該混合方法考慮了介電常數(shù)的動態(tài)范圍，可以避免低介電常數(shù)分布情況下機械性能不佳的缺點；第三，針對高馬赫數(shù)天線罩的溫度變化范圍比較大的情況，本文在優(yōu)化過程中考慮了溫度對材料電磁參數(shù)造成的影響。
　　本文提出了全波仿真軟件結(jié)合近場口徑積分法，分析波導縫隙陣帶罩輻射特性。首先，對平面陣列應(yīng)用全波數(shù)值仿真軟件仿真，提取每個縫隙單元的電磁場數(shù)據(jù)，作為激勵。然后，采用近場口徑積分算法求解天線罩引起陣列方向圖的變化

5、。相對而言，這樣提高了分析精度，因為傳統(tǒng)的方法采用理想的幅相分布無法考慮波導縫隙陣單元互耦造成的影響。
　　本文研究了天線罩引起相控陣方向圖畸變的補償方法。相對而言，對于天線罩方向圖畸變的補償，相控體制比機械掃描方式具有更多的選擇。通過對帶罩天線單元方向圖激勵綜合，可以減小天線罩引起輻射特性畸變影響。不同于傳統(tǒng)的平面陣的綜合，由于陣單元與天線罩相對位置不同，每個單元方向圖都不同。文獻中帶罩陣單元方向圖是采用物理光學方法得到的。本文

6、通過全波電磁仿真得到天線在天線罩影響下的單元方向圖。本文方法的主要優(yōu)點是：可以處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單元模型、帶罩天線單元方向圖更加準確、可以考慮單元之間耦合作用。本文對綜合后得到的激勵分布，全波電磁仿真證明了本文方法的合理性。
　　另外，本文應(yīng)用近場口徑積分原理，提出了一個高效共形陣優(yōu)化算法。將共形陣曲面看成一個虛擬的空氣天線罩，用等效平面陣，在共形曲面上進行投影求得共形陣單元的極化和幅度、相位初始化分布。然后，采用信賴域算法逼近目標方