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偶极及微带天线阵列的时域散射特性研究

2020-11-29阅读(417)

偶极及微带天线阵列的时域散射特性研究

论文摘要

天线的隐身与反隐身已经成为一个重要的课题,现有研究大多是基于连续波工作状态。而时域脉冲包含有极宽的频谱,被认为是一种有效的反隐身途径。目前技术已经能够制造出纳秒级、峰值功率在几个GW的脉冲源,脉冲探测装备的实用化已成为可能。因此,研究天线在强脉冲作用下的散射特性、特征及其与天线结构之间的关系显得非常重要和紧迫,这些信息对天线的隐身与反隐身非常重要。本文将天线阵列的时域散射作为课题,旨在从机理上研究天线的时域散射特性及其与结构之间的关系,研究减小天线时域散射的方法和途径。本文的主要工作和创新点如下:1.研究了现有时域天线辐射及散射参数的定义,提出了几种可以用于描述天线时域散射特性的参量。2.组建了并行机,实现了FDTD程序的并行化,并研究了并行计算效率,结果表明基于MPI设计的并行FDTD程序,能够有效计算较大型天线阵列的时域散射特性。3.首次系统地研究了对数周期天线、平面振子天线阵列、带有反射面的平面振子天线阵列的时域散射特性,分析了不同馈电方式、不同脉冲宽度、不同入射方向、以及不同极化等情况下的散射脉冲峰值、能量分布以及频谱的变化规律。4.研究了偶极天线阵列的时域散射机理,分析了入射方向不同时散射脉冲的波形特征和频谱特征与天线阵列结构的内在联系;研究了能够通过后向散射场特征识别天线阵列大小的入射角度的变化范围、及其与入射脉冲宽度的关系;采用时频分析技术分析了不同宽度脉冲入射时后向散射场的时频特征。5.提出了反射面边缘渐变加载、锯齿化、以及改为楔型等三种减小带有反射面的振子天线阵列时域散射场峰值的方法,结果表明反射面边缘渐变加载和锯齿化两种方法对抑制散射场峰值效果明显。6.研究了微带阵列天线在探针馈电和微带线馈电两种情况下的时域散射特性,采用散射场分离算法研究了微带贴片阵列和地板各自对散射场的贡献,结果表明带有窄带馈电网络的微带天线阵列的时域散射特性与没有馈电网络的开路阵列的情况基本一致,并且非谐振频率时的散射主要来自地板的贡献。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 本文主要内容
  • 1.4 本文章节安排
  • 2 天线时域散射特性参数
  • 2.1 频域散射特性参数的定义
  • 2.1.1 雷达截面定义
  • 2.1.2 雷达方程概述
  • 2.2 天线的几种时域特性参数定义
  • 2.3 天线的时域散射参数定义
  • 2.4 时频分布技术
  • 3 并行FDTD方法的实现
  • 3.1 FDTD基本技术
  • 3.1.1 FDTD基本方程
  • 3.1.2 细线结构的FDTD迭代公式
  • 3.1.3 PML边界条件
  • 3.1.4 入射场的耦合及散射场的外推
  • 3.1.5 计算程序验证
  • 3.2 FDTD并行程序设计
  • 3.2.1 MPI的简介
  • 3.2.2 FDTD的数据交换处理
  • 3.2.3 数据的收集和规约
  • 3.2.4 程序并行部分的主要结构（见附录B）
  • 3.3 并行机群的构建
  • 3.4 程序验证及效率分析
  • 3.5 本章小结
  • 4 线天线的时域散射特性
  • 4.1 偶极天线的散射特性
  • 4.1.1 天线臂无加载
  • 4.1.2 天线臂均匀加载
  • 4.1.3 天线臂非均匀加载
  • 4.1.4 三种加载方式的比较
  • 4.1.5 后向散射场峰值与加载阻抗的关系
  • 4.1.6 讨论
  • 4.2 对数周期天线的散射特性
  • 4.2.1 不同馈电方式时的脉冲散射
  • 4.2.2 不同的入射方向
  • 4.3 本章小结
  • 5 振子阵列天线的时域散射特性
  • 5.1 不带反射面的振子阵列天线的时域散射
  • 5.1.1 天线结构
  • 5.1.2 散射场和方向图
  • 5.2 带反射面的振子阵列天线的时域散射
  • 5.2.1 阵列天线结构
  • 5.2.2 散射特性
  • 5.3 入射场极化方向对散射场的影响
  • 5.4 大型带反射面振子阵列天线的时域散射特性
  • 5.5 本章小结
  • 6 振子阵列天线散射机理及散射场抑制方法
  • 6.1 散射机理分析
  • 6.1.1 时域数据分析
  • 6.1.2 频域数据分析
  • 6.2 时频散射特征分析
  • 6.3 后向散射场峰值抑制方法
  • 6.3.1 反射面边沿阻抗加载
  • 6.3.2 反射面边沿锯齿化
  • 6.3.3 楔型反射面边沿
  • 6.4 本章小结
  • 7 微带阵列天线的时域散射
  • 7.1 天线结构与计算方法验证
  • 7.1.1 天线结构
  • 7.1.2 方法验证
  • 7.2 没有负载的微带天线阵列的散射场分布
  • 7.2.1 时域波形与结构的关系
  • 7.2.2 频谱与结构的关系
  • 7.2.3 地板对散射场的影响
  • 7.3 馈电结构对于微带阵列天线散射场的影响
  • 7.3.1 探针馈电结构对于散射场的影响
  • 7.3.2 微带馈电
  • 7.3.3 馈电网络分析
  • 7.4 本章小结
  • 8 结束语
  • 本文的创新点
  • 参考文献
  • 附录A 数据交换的程序段
  • 附录B 程序并行部分的主要结构
  • 致谢
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

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