有源相控陣天線單元及陣列輻射特性研究.pdf

1、有源相控陣?yán)走_(dá)已成為當(dāng)今相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著數(shù)字與模擬集成電路技術(shù)及功率放大器件的快速發(fā)展，有源相控陣技術(shù)正由雷達(dá)向通信、電子戰(zhàn)、定位、導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛。在設(shè)計(jì)有源相控陣天線時(shí)，對(duì)天線單元及陣列的輻射特性進(jìn)行分析研究是非常有必要的。本文在有源相控陣天線單元設(shè)計(jì)、相控陣天線掃描特性分析、計(jì)入互耦的天線陣方向圖分析及部分單元失效分析等方面進(jìn)行了以下研究： 1．根據(jù)有源相控陣對(duì)輻射單元的要求，通過對(duì)各種天線

2、類型的仿真分析選定了有源相控陣天線的單元類型，即準(zhǔn)八木天線。對(duì)準(zhǔn)八木天線在頻帶寬度、波瓣特性、交叉極化及單元間互耦等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)準(zhǔn)八木天線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，改進(jìn)后的準(zhǔn)八木天線有效地減小了H面斜相鄰的兩單元之間的互耦。 2．利用有限元仿真軟件HFSS通過設(shè)置周期性邊界條件對(duì)單個(gè)天線單元進(jìn)行仿真就能得到該單元處于無限陣列環(huán)境中的有源反射系數(shù)隨掃描角的變化規(guī)律。本文采用該方法對(duì)印刷偶極子相控陣進(jìn)行了仿真，并將

3、所得結(jié)果與文獻(xiàn)中采用矩量法所得結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，吻和很好，驗(yàn)證了該方法的正確性。采用這種方法對(duì)準(zhǔn)八木天線和改進(jìn)的準(zhǔn)八木天線組成三角形柵格相控陣時(shí)的掃描特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)它們的有效掃描范圍較窄。本文對(duì)準(zhǔn)八木天線和改進(jìn)的準(zhǔn)八木天線組陣時(shí)采取去除部分介質(zhì)板和接地板的措施有效地拓展了陣列的掃描范圍，使掃描范圍增大了20°左右。 3. 對(duì)單元激勵(lì)方向圖方法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)提出了一種近似的單元激勵(lì)方向圖方法，從而克服了單元激勵(lì)方向圖方法不適合

4、于分析單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜的較大規(guī)模陣列的困難。采用近似的單元激勵(lì)方向圖方法對(duì)以偶極子為單元的矩形柵格矩形平面陣、三角形柵格六邊形平面陣進(jìn)行了分析，并與SuperNEc對(duì)整個(gè)陣列仿真所得結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了近似的單元激勵(lì)方向圖方法的準(zhǔn)確性。采用近似的單元激勵(lì)方向圖方法計(jì)算了準(zhǔn)八木天線六邊形平面陣、改進(jìn)的準(zhǔn)八木天線六邊形平面陣的方向圖。采用遺傳算法對(duì)六邊形平面陣的激勵(lì)分布進(jìn)行了優(yōu)化，使副瓣電平較低。采用遺傳算法找出了哪些單元失效對(duì)六邊形有源相控