【摘要】：合成孔徑雷達(dá)是一種高分辨率主動(dòng)式成像雷達(dá)。除分辨率高外,合成孔徑雷達(dá)還具有探測(cè)距離遠(yuǎn),受光照、氣象環(huán)境限制小,可穿透地物等特點(diǎn)。這些理想的特性,很大程度上與其天線性能相關(guān),其分辨率、靈敏度、信噪比和探測(cè)距離等多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)與天線的帶寬、方向圖、增益等參數(shù)有著直接的聯(lián)系。提升雷達(dá)系統(tǒng)的性能,很重要的一部分工作是提升合成孔徑雷達(dá)天線的性能。微帶陣列天線是機(jī)載合成孔徑雷達(dá)天線一種重要實(shí)現(xiàn)形式,對(duì)微帶天線的研究是合成孔徑雷達(dá)天線研究的一個(gè)重要方向。阻抗帶寬較窄一直是寬帶微帶天線設(shè)計(jì)的瓶頸。利用疊層技術(shù)和縫隙技術(shù)等手段,可有效擴(kuò)展天線帶寬,但伴隨而來(lái)的是方向圖性能變差,出現(xiàn)最大增益方向零偏問(wèn)題和副瓣、后瓣增大的問(wèn)題。另外,機(jī)載天線的特殊結(jié)構(gòu)要求,小型化雷達(dá)系統(tǒng)的迫切需求都給微帶天線的小型化設(shè)計(jì)提出了更嚴(yán)格的技術(shù)要求。這些問(wèn)題都是目前機(jī)載合成孔徑雷達(dá)微帶天線設(shè)計(jì)中亟待解決技術(shù)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。本文首先結(jié)合疊層技術(shù)和縫隙技術(shù),設(shè)計(jì)了 U型縫隙疊層微帶天線,通過(guò)頻帶內(nèi)多諧振點(diǎn)的設(shè)置,使阻抗帶寬達(dá)到了 24.5%。在此基礎(chǔ)上,利用縫隙貼片結(jié)構(gòu)和表面電流的對(duì)稱特性,對(duì)天線進(jìn)行了小型化改進(jìn),設(shè)計(jì)了半U(xiǎn)型縫隙疊層寬帶微帶天線,在阻抗帶寬為19.5%的情況下,其平面面積相對(duì)于前者縮小了 29.1%。但在上述寬帶天線設(shè)計(jì)和小型化設(shè)計(jì)的同時(shí),天線方向圖的性能并不理想,出現(xiàn)了旁瓣和后瓣過(guò)大,E面和H面方向圖不對(duì)稱,最大增益方向零偏等問(wèn)題。針對(duì)此類問(wèn)題,本文提出了一種非對(duì)稱縫隙貼片投影修補(bǔ)法,優(yōu)化疊層縫隙天線或縫隙天線的方向圖。通過(guò)此方法,本文優(yōu)化了 C型縫隙微帶天線和半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶天線兩種天線結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了倒置C型縫隙疊層微帶天線和倒置半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶天線,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的天線的最大增益方向零偏問(wèn)題和方向圖對(duì)稱性都得到了不同程度的改善。使用EBG結(jié)構(gòu)可改善天線方向圖性能。本文分別設(shè)計(jì)了小型化UC-EBG結(jié)構(gòu)和小型化金屬EBG結(jié)構(gòu),兩種EBG結(jié)構(gòu)小型化特征明顯,帶隙特性理想。將小型化金屬EBG結(jié)構(gòu)反射板應(yīng)用于倒置半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶天線陣,天線前后比得到了明顯的改善。合成孔徑雷達(dá)對(duì)于副瓣抑制比和增益等參數(shù)要求較高,微帶天線一般都要采用陣列形式。本文使用文化算法對(duì)多條件下的超低副瓣陣列天線進(jìn)行了綜合。通過(guò)與其他傳統(tǒng)算法和進(jìn)化算法的對(duì)比,多方面驗(yàn)證了文化算法對(duì)于超低副瓣陣列天線方向圖綜合更為有效。最后,在上述研究的基礎(chǔ)上,本文針對(duì)課題指標(biāo)設(shè)計(jì)試制了一副機(jī)載合成孔徑雷達(dá)用8單元倒置半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶陣列天線,其增益達(dá)到16.12dB,主瓣寬度14Deg,副瓣抑制比達(dá)到20.12dB。
[Abstract]:Synthetic Aperture Radar (SAR) is a high resolution active imaging radar. In addition to the high resolution, SAR also has the characteristics of long detection range, limited by illumination and meteorological environment, and can penetrate into the surface and so on. Many key parameters, such as resolution, sensitivity, signal-to-noise ratio and detection distance, are directly related to the bandwidth, pattern, gain and other parameters of the antenna. To improve the performance of radar system, an important part of the work is to improve the performance of synthetic aperture radar (SAR) antenna. Microstrip array antenna is an important realization form of airborne synthetic aperture radar antenna, and the research of microstrip antenna is an important direction of synthetic aperture radar antenna research. The narrow impedance bandwidth has always been the bottleneck of broadband microstrip antenna design. By means of stacking technique and slot technique, the bandwidth of antenna can be expanded effectively, but accompanied by the deterioration of pattern performance, the problem of maximum gain direction zero bias and the problem of side lobe and rear lobe increase. In addition, the special structure requirement of airborne antenna and the urgent demand of miniaturized radar system put forward stricter technical requirements for miniaturization design of microstrip antenna. These problems are the hot and difficult problems in the design of airborne synthetic aperture radar microstrip antenna. In this paper, a U-shaped slot stacked microstrip antenna is designed with the combination of stacking technique and slot technique. The impedance bandwidth reaches 24.5% through the setting of multi-resonant points in the frequency band. On this basis, the miniaturization of the antenna is improved by using the symmetrical characteristics of slot patch structure and surface current, and a semi-U slot stacked broadband microstrip antenna is designed. The impedance bandwidth of the antenna is 19.5%. Its plane area is reduced by 29.1% relative to the former. At the same time, the performance of the antenna pattern is not ideal, such as too large sidelobe and rear lobe, asymmetry of E-plane and H-plane direction pattern, zero bias of maximum gain direction, etc., in the design of wide-band antenna and miniaturization, the performance of antenna pattern is not ideal, such as too large sidelobe and rear lobe. In order to solve this problem, an asymmetric slot patch projection repair method is proposed in this paper to optimize the pattern of laminated slot antenna or slot antenna. Through this method, the structure of C-slot microstrip antenna and semi-U-slot stacked microstrip antenna are optimized. The inverted C-slot stacked microstrip antenna and inverted semi-U-slot stacked microstrip antenna are designed. The experimental results show that: (1) the structure of C-slot microstrip antenna and semi-U-slot stacked microstrip antenna are optimized in this paper. The maximum gain direction bias problem and pattern symmetry of the optimized antenna are improved to some extent. The antenna pattern performance can be improved by using EBG structure. The miniaturized UC-EBG structure and the miniaturized metal EBG structure are designed in this paper. The miniaturization characteristics of the two kinds of EBG structures are obvious and the band gap characteristics are ideal. The miniaturized metal EBG structure reflector is applied to inverted semi-U slot laminated microstrip antenna array, and the front-to-back ratio of the antenna is improved obviously. Synthetic Aperture Radar (SAR) requires high sidelobe rejection ratio and gain, and microstrip antennas are usually in the form of array. In this paper, the cultural algorithm is used to synthesize the ultra-low sidelobe array antenna under multiple conditions. By comparing with other traditional algorithms and evolutionary algorithms, the cultural algorithm is proved to be more effective for the synthesis of ultra-low sidelobe array antenna pattern. Finally, on the basis of the above research, an 8-unit inverted semi-U slot stacked microstrip array antenna for airborne synthetic aperture radar is designed and manufactured in this paper. The gain reaches 16.12 dB and the main lobe width is 14 Deg. The sidelobe inhibition ratio was 20.12 dB.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN957.2

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本文編號(hào)：2463503