2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、各種現(xiàn)代無(wú)線電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展促使著天線系統(tǒng)朝著多功能、高性能以及低成本方向發(fā)展。單個(gè)天線單元由于自身的局限性,很難滿足現(xiàn)代無(wú)線電子系統(tǒng)所追尋的波束可賦形、可掃描、低副瓣/超低副瓣等特性要求。而陣列天線由于具有較大的設(shè)計(jì)自由度,自然成為應(yīng)對(duì)上述需求的最佳選擇。時(shí)至今日,陣列天線的理論體系近乎完整,人們廣泛認(rèn)為陣列天線的研究已經(jīng)極為成熟。遺憾的是,現(xiàn)有的陣列天線設(shè)計(jì)思路大多還停留在陣列天線這一概念誕生的那一歷史階段,本文將這類陣列天線技術(shù)

2、稱為常規(guī)陣列天線技術(shù)。而常規(guī)陣列天線的性能往往難以滿足如今新應(yīng)用背景下提出的要求。近年來(lái),隨著電磁研究領(lǐng)域諸多學(xué)科分支的發(fā)展,一些看似與陣列天線無(wú)關(guān)的技術(shù),卻一直引導(dǎo)著天線工程師積極探索新的物理機(jī)理和設(shè)計(jì)理念。本文將這類全新的陣列天線技術(shù)稱為基于新物理機(jī)理的陣列天線技術(shù)。然而,到目前為止,有關(guān)基于新物理機(jī)理的陣列天線技術(shù)研究少之又少,這主要是這些新型陣列天線設(shè)計(jì)理念偏離傳統(tǒng)方法太遠(yuǎn),國(guó)際天線研究領(lǐng)域?qū)Υ祟愒O(shè)計(jì)理念也較陌生,并未給予足夠重

3、視。因此,要使這些新型陣列天線技術(shù)成為解決諸多工程應(yīng)用問(wèn)題時(shí)的重大突破性技術(shù),非常有必要對(duì)其開(kāi)展系統(tǒng)的理論研究、方法研究、實(shí)驗(yàn)研究以及應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
  正是基于這個(gè)目的,本文從新的視角研究了基于新物理機(jī)理的陣列天線技術(shù)。首先,受高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒效應(yīng)啟發(fā),我們?cè)陉嚵刑炀€中引入了四維天線理論,使得傳統(tǒng)意義上的陣元幅相加權(quán)能夠通過(guò)時(shí)間加權(quán)方式實(shí)現(xiàn),從而使陣列天線設(shè)計(jì)具有更大自由度。我們還在此研究中開(kāi)發(fā)了一套完整的陣列天線優(yōu)化設(shè)計(jì)軟

4、件。其次,受基于緊密排列偶極子的寬帶頻率選擇表面(FSS)設(shè)計(jì)思路啟發(fā),本文通過(guò)在天線單元之間引入強(qiáng)互耦效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了多種寬帶相控陣天線,并針對(duì)不同設(shè)計(jì)要求提出了具體的設(shè)計(jì)思路。此項(xiàng)相控陣天線新技術(shù)消除了傳統(tǒng)寬帶相控陣設(shè)計(jì)中減弱或補(bǔ)償互耦效應(yīng)這一設(shè)計(jì)框架帶來(lái)的限制,為超寬帶相控陣天線設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論可概述如下:
  1.基于種群進(jìn)化的現(xiàn)代優(yōu)化理論與算法研究
  深入研究了用于陣列天線優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代優(yōu)化理

5、論與算法。通過(guò)引入精英保留策略下的多次種群初始化技術(shù)、精英鄰域內(nèi)的深度搜索技術(shù)、種群動(dòng)態(tài)更新技術(shù)以及基于多次變異的病態(tài)個(gè)體修正技術(shù)四項(xiàng)改進(jìn)措施,提出了修正差分進(jìn)化算法(ModifiedDifferential Evolution Strategy, MDES)。數(shù)值試驗(yàn)證明MDES具有如下優(yōu)越性:(1)兼顧深度搜索和廣度搜索能力,并在二者之間找到了平衡;(2)解決了非凸優(yōu)化問(wèn)題中普通優(yōu)化算法收斂速度緩慢的問(wèn)題;(3)解決了非凸優(yōu)化問(wèn)題中

6、普通優(yōu)化算法容易陷入局部最優(yōu)解的難題。針對(duì)含有數(shù)字移相器的陣列天線設(shè)計(jì)問(wèn)題,我們提出了混合型差分進(jìn)化算法(Hybrid Differential Evolution Strategy, HDES),實(shí)現(xiàn)了對(duì)同時(shí)含有離散參數(shù)和連續(xù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的求解。針對(duì)含有多項(xiàng)矛盾指標(biāo)要求的陣列天線設(shè)計(jì)問(wèn)題,我們還研究了基于差分進(jìn)化算子和目標(biāo)分解的多目標(biāo)、多尺度優(yōu)化算法,數(shù)值試驗(yàn)表明該方法去除了單目標(biāo)優(yōu)化算法中需要反復(fù)調(diào)節(jié)目標(biāo)函數(shù)中加權(quán)系數(shù)的困擾,并

7、且一次優(yōu)化可以產(chǎn)生一個(gè)包含多個(gè) Pareto最優(yōu)解的解集。
  2.四維天線陣面陣的高效綜合方法研究
  在基于種群進(jìn)化理論的四維天線陣面陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,需要成千上萬(wàn)次地進(jìn)行方向圖計(jì)算,這是陣列綜合過(guò)程最為耗時(shí)的部分。為解決此問(wèn)題,我們研究了大型平面陣列的快速計(jì)算方法,將陣列方向圖的空間計(jì)算域映射到二維快速傅立葉逆變換(2D IFFT)的變換域,使得原問(wèn)題中的累加求和運(yùn)算轉(zhuǎn)換為快速傅立葉逆變換運(yùn)算,提高了計(jì)算效率。此外,我們

8、提出了使用等幅饋電的三角柵格平面陣列實(shí)現(xiàn)低副瓣和差波束,并采用基于2D IFFT和MDES的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,大大提高了波束綜合效率。針對(duì)低副瓣三維復(fù)雜賦形波束設(shè)計(jì)問(wèn)題,我們一改傳統(tǒng)Woodward-Lawson方法中的等幅直線陣加權(quán)擬合技術(shù),提出了基于泰勒直線陣加權(quán)的新型二維Woodward-Lawson技術(shù),這為低副瓣或超低副瓣三維復(fù)雜賦形波束設(shè)計(jì)提供了最為直接有效的技術(shù)途徑。值得一提的是,上述低副瓣波束都是在激勵(lì)幅度動(dòng)態(tài)范圍極小的

9、條件下實(shí)現(xiàn)的,這在常規(guī)陣列天線中是無(wú)法做到的。
  3.四維陣列天線的工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究
  在單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用研究方面,提出了一種基于雙向相位中心移動(dòng)模型的四維天線陣線陣單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)。其新穎性在于:(1)同時(shí)在不同頻率上實(shí)現(xiàn)和差波束,接收一個(gè)目標(biāo)回波能得到兩個(gè)高頻角誤差信號(hào),并且接收和差波束性能較常規(guī)陣列天線易于控制,獲取角誤差信號(hào)時(shí)間更短,在相同時(shí)間內(nèi)獲得的目標(biāo)測(cè)角精度更高。(2)通過(guò)合理設(shè)計(jì)陣元激勵(lì)和工作時(shí)序,容易

10、在邊帶上合成強(qiáng)干擾源,適于在有電子反對(duì)抗需求的系統(tǒng)中使用。在智能天線應(yīng)用研究方面,我們提出了一種基于四維天線陣線陣接收功率最小化原理的自適應(yīng)置零技術(shù),該方法與傳統(tǒng)自適應(yīng)置零天線陣相比具有如下顯著優(yōu)勢(shì):(1)時(shí)間的控制比激勵(lì)幅度的控制更容易、更準(zhǔn)確;(2)可以產(chǎn)生更深的零深;(3)對(duì)主波束的擾動(dòng)更小。
  4.基于強(qiáng)互耦效應(yīng)的寬帶相控陣天線技術(shù)研究
  從強(qiáng)互耦效應(yīng)的不同實(shí)現(xiàn)方式出發(fā),首先研究了基于強(qiáng)電容耦合偶極子的寬帶相控陣

11、,并隨后提出了基于八角環(huán)單元的強(qiáng)電容耦合寬帶相控陣天線設(shè)計(jì)方案。在此研究基礎(chǔ)上,我們還提出了強(qiáng)互耦寬帶相控陣的“增益-帶寬”擇優(yōu)設(shè)計(jì)方案?;趶?qiáng)電容耦合偶極子的寬帶相控陣的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該天線具有6:1的寬頻帶特性,且掃描范圍達(dá)±45°?;诎私黔h(huán)單元的強(qiáng)電容耦合寬帶相控陣的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該天線具有4.5:1的寬頻帶特性,且掃描范圍達(dá)±45°。
  5.基于強(qiáng)耦合調(diào)諧技術(shù)的低剖面寬帶微帶天線單元設(shè)計(jì)方法研究
  提出

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