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)計有源相控陣天線時，對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、相控陣天線掃描特性分析、計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)有源相控陣對輻射單元的要求，通過對各種天線

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單個天線單元進(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，吻和很好，驗證了該方法的正確性。采用這種方法對準(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。本文對準(zhǔn)八木天線和改進(jìn)的準(zhǔn)八木天線組陣時采取去除部分介質(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. 對單元激勵方向圖方法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)提出了一種近似的單元激勵方向圖方法，從而克服了單元激勵方向圖方法不適合

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方向圖方法對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對整個陣列仿真所得結(jié)果進(jìn)行了比較，驗證了近似的單元激勵方向圖方法的準(zhǔn)確性。采用近似的單元激勵方向圖方法計算了準(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。采用遺傳算法對六邊形平面陣的激勵分布進(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六邊形有源相控