【摘要】：信息化條件下戰(zhàn)爭(zhēng)打贏的關(guān)鍵是奪取制信息權(quán),作為信息戰(zhàn)“眼耳”的雷達(dá),迫切需要被大量裝備到衛(wèi)星、戰(zhàn)機(jī)、氣球(飛艇)、艦船、陣地上。然而傳統(tǒng)無(wú)源相控陣天線雷達(dá)因?yàn)樵O(shè)備龐大,功率損失大、設(shè)備昂貴、可靠性和可維修性低等諸多缺點(diǎn)無(wú)法滿足要求。新興的有源相控陣天線比傳統(tǒng)無(wú)源相控陣天線相比有很多優(yōu)勢(shì),但在降低天線陣的體積、減小控制復(fù)雜度,提高效率、移相精度和可靠性上受限于移相器。為了克服移相器的限制,本文提出了一種基于耦合振蕩器陣列(Coupled Oscillator Array簡(jiǎn)寫(xiě)為COA)的非線性有源天線陣(Nonlinear Active Antenna Array,簡(jiǎn)寫(xiě)為NLA3)技術(shù),可以不用移相器實(shí)現(xiàn)天線陣波束掃描和波束形成,對(duì)于降低天線陣的體積、成本、損耗有明顯成效。本論文的主要研究工作如下:(1)通過(guò)天線陣波束形成系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)方法,詳細(xì)分析了幾種傳統(tǒng)相控陣天線實(shí)現(xiàn)波束形成系統(tǒng)存在的缺點(diǎn),提出了一種利用COA來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的接收和發(fā)射波束形成系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)NLA3的方法。并從NLA3的需求分析入手,制定了基于COA的NLA3設(shè)計(jì)方案。(2)根據(jù)注頻鎖相基本理論,研究了注頻鎖相振蕩器的非線性動(dòng)力學(xué)特征,得出了若干對(duì)研究注頻鎖相振蕩器有用的結(jié)論,根據(jù)此結(jié)論提出了一種設(shè)計(jì)微波振蕩器的方法,運(yùn)用此方法制作了基于注頻鎖相振蕩器的625MHz COA單元,利用COA單元測(cè)試系統(tǒng)對(duì)COA單元進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明COA單元實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的注頻鎖相,符合設(shè)計(jì)需求。(3)深入研究了COA基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號(hào)帶寬和相位噪聲,分析了該結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種一級(jí)耦合振蕩器陣列4倍頻的優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了COA系統(tǒng),利用混頻器設(shè)計(jì)的相位差測(cè)試系統(tǒng)對(duì)COA系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明COA相鄰單元間相位差可在(-180°,180°)獨(dú)立調(diào)節(jié),達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。(4)分析了NLA3波束形成基本理論,在此基礎(chǔ)上研究了如何利用COA實(shí)現(xiàn)NLA3,并計(jì)算仿真了由50個(gè)COA組成的NLA3系統(tǒng),結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
【圖文】：

線陣的核心之一是波束形成系統(tǒng)，它可以控制天線陣的波束在空間射時(shí)控制天線陣的波束將最大方向指向目標(biāo)，將零點(diǎn)位置指向友鄰察接收系統(tǒng)，防止互相干擾或敵方截獲；接收時(shí)控制天線的波束最波方向，將零點(diǎn)位置對(duì)準(zhǔn)干擾方向，使接收信號(hào)的信噪比和信干比抗干擾和后繼信號(hào)的處理。波束形成系統(tǒng)分為接收波束形成系統(tǒng)和系統(tǒng)，由于天線的互易性，其基本工作原理相同[39]，因此本節(jié)以系統(tǒng)為主研究天線陣的工作原理。于波束形成系統(tǒng)中的天線陣均為離散天線陣，天線陣的方向圖要在內(nèi)保持一致性，因此其陣元一般都是弱方向性的相似元，所以天線可以用陣方向性函數(shù)近似[40]，由 個(gè)相同的全向發(fā)射單元組成的的發(fā)射方向圖可表示為： (ψ ) = Wa(ψ )中 [ ]1 2 nW = w , w ,… , w，表示對(duì)各路發(fā)射信號(hào)的復(fù)加權(quán)系數(shù)，表示天線陣的方向矢量， ， 長(zhǎng)， 是相鄰單元之間的間距， 的意義如圖 2-1 所示。Njkdj( N)k dT[1,e ,,e]sin ψ1sinψ = k =2π /λλd ψ

圖 2-2 無(wú)源相控陣天線原理圖1）設(shè)備龐大，不利于小型化集成化。無(wú)源相控陣天線不但需分配網(wǎng)絡(luò)，而且由于天線陣面上各單元都工作于高壓狀態(tài)，需2）功率分配網(wǎng)絡(luò)及移相網(wǎng)絡(luò)的功率損失非常大。3）由于實(shí)時(shí)性及波束形成算法復(fù)雜性的要求，無(wú)源相控陣天移相網(wǎng)絡(luò)、功率分配網(wǎng)絡(luò)以及與它們相對(duì)應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)，而且束控制計(jì)算機(jī)，設(shè)備昂貴。4）無(wú)源相控陣天線陣面各單元都工作于高壓狀態(tài)，可靠性和可統(tǒng)有源相控陣天線源相控陣天線的組成原理如圖 2-3 所示。T/R組T/R組T/R組
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820;TN752

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本文編號(hào)：2614034