毫米波天線罩特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).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(gè)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(jì)具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　 目前，天線罩的分析向著更高

2、的分析精度和更快的計(jì)算速度發(fā)展。隨著計(jì)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(shí)，隨著快速算法和計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)。
　　 本文工作主要包括以下幾個(gè)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(shí)，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(shí)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(jì)，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(jì)方法為基礎(chǔ)，編制了毫米波天線罩分析與設(shè)計(jì)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(jì)。軟件界面友好，功能齊備，已提交用