四维天线阵理论与应用研究

论文摘要

随着现代雷达通信技术的发展,各种电子系统对天线的性能要求越来越严格。特别是在相控阵天线方面,为了实现低副瓣或超低副瓣以达到良好的空间滤波特性从而更加有效地提高雷达前端信号的接收性能,系统对组成阵列天线的幅度控制器件和相位控制器件都有很高的要求,如精确的幅度、相位激励以及很小的各种误差容忍量要求等。常规天线阵为了实现低副瓣或超低副瓣必然要求阵列天线馈电具有很高的幅度动态范围比。这些要求在实际工程中均较难以实现,造价高。常规天线阵一般具有三维空间自由度的特性,而在常规天线阵列中引入新的一维自由度——时间,则所构成的四维天线阵由于具有更多的设计自由度而能够在低幅度动态比激励甚至等幅度激励下方便地实现低副瓣或其它多种目标方向图。本文正是结合相关研究项目对四维天线阵的软件和硬件实现开展了相关的研究。具体可分为以下三个部分:首先,本文介绍了四维天线阵的研究背景,包括常规天线阵列的分类和方向图的综合方法及其优缺点,以及四维天线阵的基本原理及其分类。其次,在四维天线阵理论基础上仿真与实测了三种四维天线阵列工作方式,包括具有时间调制特性的可变阵列口径方式（VAS）、相位中心单向移动方式（UPCM）与相位中心双向移动方式（BPCM）等的方向图,并对三种方式进行了对比,给出了每种运行方式的优缺点。最后,本文在考虑到阵列中天线单元的互耦作用的情况下采用差分进化算法（Differential Evolution Algorithm）来优化四维天线阵以产生赋形波束。通过一个-20dB余割平方方向图在互耦考虑补偿与未补偿情况下的仿真与实测对比,验证了四维天线阵中互耦补偿方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究发展动态及主要内容
• 1.3 本文所做工作
• 第二章 阵列天线原理及综合
• 2.1 阵列天线分类
• 2.2 直线阵辐射特性
• 2.3 均匀直线阵方向图综合
• 2.3.1 道尔夫-切比雪夫综合法
• 2.3.2 Taylor 分布综合法
• 2.4 本章小结
• 第三章 四维天线阵原理及试验研究
• 3.1 天线口径变化（VAS）方式四维天线阵
• 3.2 天线相位中心单向移动（UPCM）方式四维天线阵
• 3.3 天线相位中心双向移动（BPCM）方式四维天线阵
• 3.3.1 C-scheme 方式
• 3.3.2 D-scheme 方式
• 3.4 四维天线阵的方向性系数和增益
• 3.5 四维天线阵的试验准备
• 3.5.1 四维天线阵的馈电单元
• 3.5.2 天线的组装及馈电部分连接
• 3.6 四维天线阵在多种运行方式下的仿真与测试
• 3.6.1 天线的测量
• 3.6.2 不采用四维天线阵方式的等幅度等相位馈电方向图实测
• 3.6.3 VAS 方式的仿真与实测
• 3.6.4 UPCM 方式的仿真与实测
• 3.6.5 BPCM 方式的实测
• 3.6.6 其它运行方式的实测
• 3.7 本章小结
• 第四章 四维天线阵互耦补偿的试验研究
• 4.1 差分进化算法
• 4.1.1 进化算法概述
• 4.1.2 差分进化算法原理
• 4.2 四维天线阵的互耦补偿方法
• 4.3 四维天线阵的互耦补偿试验
• 4.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果
• 附录 部分源程序代码