基于宽带机载SAR的微带阵列天线的研究

论文摘要

机载合成孔径雷达(Airborne SAR)是一种高分辨率成像雷达,具有全天候、全天时、高分辨率、作用距离远等优点,用途十分广泛。天线是合成孔径雷达最核心的子系统之一,决定了合成孔径雷达的多个关键参数的性能,天线的设计在合成孔径雷达系统的研发中占有至关重要的地位。在这种背景下,论文对机载合成孔径雷达天线展开研究。针对目前机载合成孔径雷达天线研究的热点,利用微带阵列天线来完成合成孔径雷达系统对天线系统提出的宽频带、高增益、低副瓣电平、强方向性的高性能要求。论文在选定的中心频点上设计了3种不同结构的宽带微带天线,缝隙耦合叠层微带天线、U型开缝叠层微带天线和半U型开缝叠层微带天线。这3种宽带微带天线相对带宽均大于15%,满足了宽带特性。其中半U型开缝叠层微带天线比U型开缝叠层微带天线平面面积缩减了近50%,是小型化天线的一种新尝试。通过对上述3种天线的带宽、方向图、交叉极化等特性的综合评估,确定利用U型开缝叠层微带天线组成阵列完成机载合成孔径雷达天线的设计。阵列天线的设计主要是方向图的综合。使用进化算法优化阵列单元激励幅度权值,是一种新颖有效的方法。通过一种新颖的文化算法平台,在忽略互耦的情况下对8×8单元阵列进行了幅度激励优化。得到的方向图有较低的副瓣和较窄的半功率波瓣宽度,均达到了指标要求。从理论上验证了设计方案的可行性。为了检验理论推倒和仿真优化的正确性。加工了2×2单元U型开缝叠层微带阵列实验天线,通过实测得到的近场、远场特性与仿真和理论推导接近,证明了理论推倒和仿真优化的正确性。论文以合成孔径雷达天线设计为主线,贯穿了机载合成孔径雷达天线从指标设定,到天线选型、评估、设计、测试、分析的开发流程。完成了从单元设计到阵列方向图综合,从软件仿真到实物测试的流程。对该类天线理论研究以及工程实践有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达的发展概况
• 1.2 合成孔径雷达天线发展的历史与趋势
• 1.3 论文的结构和主要创新
• 第2章 合成孔径雷达系统简述
• 2.1 合成孔径雷达原理简述
• 2.2 机载合成孔径雷达对天线的要求及分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 机载SAR天线的实现
• 3.1 微带辐射器
• 3.1.1 微带天线的结构与分类
• 3.1.2 微带天线的性能与应用
• 3.1.3 微带天线的辐射特性
• 3.2 微带天线的分析方法
• 3.2.1 传输线法
• 3.2.2 腔模法
• 3.2.3 全波法
• 3.3 三种宽带微带天线的设计
• 3.3.1 缝隙耦合叠层微带天线
• 3.3.2 U型开缝叠层微带天线
• 3.3.3 半U型开缝叠层微带天线
• 3.3.4 课题环境中三种天线的评估
• 3.4 本章小结
• 第4章 机载SAR的微带阵列天线
• 4.1 天线方向图的综合
• 4.1.1 傅立叶级数法
• 4.1.2 Chebyshev综合法
• 4.1.3 进化算法综合法
• 4.2 文化算法对天线方向图的综合
• 4.2.1 物理模型及在算法中的设定
• 4.2.2 算法内核
• 4.2.3 文化算法实现流程
• 4.3 基于机载SAR的天线阵列的设计
• 4.3.1 8×8单元阵列天线的设计
• 4.3.2 2×2单元实验天线的设计及加工
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢