微波着陆系统的方位台天馈系统设计

论文摘要

微波着陆系统是一种利用时基扫描波束技术引导飞机安全着陆的系统。微波着陆系统的地面设备利用时基扫描波束技术向飞机提供有关方位角和俯仰角信息。微波着陆系统方位台天线是一可分离型的平面阵,本论文首先对平面阵的辐射场、方向性系数进行了理论分析,依据微波着陆系统方位台的技术要求,通过对方位台行馈的分析,确定了方位台行馈采用泰勒分布,同时确定了各个端口的间距和单元数目。由于方位台列馈的辐射方向图有特殊的要求,本文采用DFP-BFGS的优化方法进行优化,选取了合适的方位台列馈的幅度、相位分布,同时确定了单元间距和单元数目。方位台平面阵在方位面需要进行±40°的扫描,所以分析扫描对方向图的影响是十分必要的。在实际应用中由于不同原因还会引起天线方向图发生变化,本文着重分析了虚位技术、误差对方向图的影响,本文还通过互耦分析了阵列的盲点问题。本文在综合考虑天线辐射单元的特性和便于与功分馈电网络一体化设计的要求下,从几种不同的振子单元形式中选取了合适的振子形式。本论文的功分馈电网络采用的是帯状线的结构形式，由Wilkinson功分器级联而成。在结合使用HFSS和Ansoft Designer软件对功分馈电网络和单元振子进行仿真,在获得较满意的仿真结果的情况下,导出Autocad图纸进行加工。从最终的实测结果可以看出,微波着陆系统方位台的各个部件的驻波都是比较好的,在组成平面阵时的方向图尽管在边频和进行大角度扫描时副瓣电平有所提高,但在实际的工程中已经能够使用,同时它的尺寸已经满足机动式微波着陆系统的要求。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微波着陆系统的提出与国内外发展形势

1.3 微波着陆系统概貌

1.3.1 MLS 主要地面设备

1.4 主要技术指标要求

第二章平面阵的理论分析

2.1 经典方法计算平面阵列辐射场

2.1.1 平面阵中第mn 个单元及其镜像的辐射场

2.1.2 平面阵的总辐射场

2.1.3 E 面方向图函数

2.1.4 H 面方向图函数

2.2 平面阵的方向性系数计算

第三章平面阵口径幅度和相位分布的综合

3.1 行馈线阵泰勒综合

3.2 实现赋形波束的列馈线阵的综合

3.2.1 方法简介

3.2.1.1 分析步骤

3.2.1.2 语言编程采用的优化方法简介

3.2.2 优化结果

3.3 方位台平面阵的辐射场结果

第四章对方位台平面阵的分析

4.1 方位台泰勒阵列的相控波束扫描

4.1.1 波束跃度

4.1.2 方位台的方位扫描方向图

4.1.3 虚位技术

4.1.3.1 采用虚位技术的方位台的方位扫描方向图

4.2 随机误差分析

4.2.1 方位台行馈分布误差对方位面方向图的影响

4.2.1.1 只考虑幅度误差

4.2.1.2 只考虑相位误差

4.2.1.3 同时考虑幅度和相位误差

4.2.2 方位台列馈分布误差对俯仰面方向图的影响

4.2.2.1 只考虑幅度误差

4.2.2.2 只考虑相位误差

4.2.2.3 同时考虑幅度和相位误差

4.3 互耦

4.3.1 散射法分析互耦

4.3.2 矩量法求平面阵的阻抗矩阵

4.3.3 考虑互耦情况下的单元方向图

第五章方位台平面阵的实现与仿真

5.1 单元振子天线的设计

5.2 功分网络设计

5.2.1 带状线结构

5.2.2 功分器设计方法

5.2.2.1 任意分配比的混合型2 路功率分配器

5.2.2.2 功率容量分析

5.2.2.3 功分器网络设计

5.2.2.3.1 方位台行馈功分网络

5.2.2.3.2 赋形列馈功分网络

5.3 仿真设计

5.3.1 单元天线仿真设计

5.3.2 赋形功分网络仿真设计

5.3.2.1 赋形列馈幅度、相位分布仿真结果

5.3.2.2 赋形列馈输入、输出口驻波

5.3.2.3 赋形列馈方向图仿真结果

5.3.2.4 赋形列馈相邻输出口间的隔离度

5.3.3 方位台行馈的仿真

5.3.3.1 Designer 整体仿真

5.3.3.2 方位台行馈各输入、输出端口的驻波

5.3.3.3 方位台行馈各相邻输出端口的隔离度

5.3.3.4 方位台行馈各输出端口幅度和相位

5.3.3.5 方位台行馈方向图仿真结果

第六章测试

6.1 赋形列馈天线电压驻波比试验方法和测试结果

6.2 方位台行馈输入端口驻波测量

6.3 方位台平面阵天线的辐射方向图

6.3.1 在中心频率下测得的方向图

6.3.2 在下边频测得的方向图

6.3.3 在上边频测得的方向图

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表文章

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