【摘要】：傳統(tǒng)的近場(chǎng)天線測(cè)量技術(shù)需要在天線近場(chǎng)區(qū)使用線極化探頭獲取一個(gè)掃描面上均勻離散點(diǎn)處的電場(chǎng)幅值和相位,且離散點(diǎn)間距需滿足奈奎斯特采樣定理,通過(guò)近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法得到天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。對(duì)于微波及毫米波等高頻天線,其近場(chǎng)采樣間距過(guò)小,且相位震蕩劇烈,不僅會(huì)對(duì)天線測(cè)量系統(tǒng)提出極高的要求,而且會(huì)增加工作量進(jìn)而提高測(cè)量成本。本文針對(duì)高頻天線的近場(chǎng)采樣間距過(guò)小和相位獲取困難的問(wèn)題,提出使用插值算法解決密集幅值測(cè)量問(wèn)題,使用源重建法避免相位測(cè)量步驟,為高頻天線測(cè)量系統(tǒng)提供了一種高可靠性、低成本的近場(chǎng)測(cè)量方案。首先,本文對(duì)多種插值算法在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究,并對(duì)幾種常用的插值算法進(jìn)行了詳盡的理論推導(dǎo)。在眾多算法中,最鄰近插值算法計(jì)算量最小,但只在矩陣元素值起伏不大時(shí)能得到令人滿意的結(jié)果;樣條插值算法插值精度高,性能穩(wěn)定,但其需要求解方程組,且不可進(jìn)行局部控制;雙線性插值算法綜合以上兩種算法的優(yōu)點(diǎn),對(duì)計(jì)算量和插值精度進(jìn)行了很好的折中。由于遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算精度對(duì)近場(chǎng)幅值波動(dòng)具有高敏感性,且近場(chǎng)幅值通常有局部強(qiáng)起伏變化,因此,本文提出在天線近場(chǎng)幅值測(cè)量中,先以?為間隔采樣幅值,再使用雙線性插值算法獲取虛擬采樣點(diǎn)(半波長(zhǎng)采樣點(diǎn))處的幅值數(shù)據(jù),最終得到以0.5?為間隔的近場(chǎng)幅值數(shù)據(jù)。其次,在傳統(tǒng)的近場(chǎng)天線測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出使用基于源重建法的無(wú)相位近場(chǎng)天線測(cè)量技術(shù)解決高頻天線的相位獲取難題,即以天線近場(chǎng)幅值為參考條件,在天線的一個(gè)包圍面上放置等效電流元,使用粒子群優(yōu)化算法對(duì)該面電流分布進(jìn)行優(yōu)化,使優(yōu)化后的電流分布產(chǎn)生的場(chǎng)與采樣平面上場(chǎng)幅值的誤差最小,并將優(yōu)化后電流元產(chǎn)生的近場(chǎng)相位作為初始迭代相位,再使用迭代傅里葉變換算法(IFT)對(duì)相位進(jìn)行精細(xì)還原,最終得到天線近場(chǎng)一個(gè)平面上的還原相位。最后,本文以半波振子陣列天線和角錐喇叭天線為模型,對(duì)天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法、基于插值算法和源重建法的無(wú)相位近場(chǎng)天線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,雙線性插值算法得到的近場(chǎng)插值幅值與理論幅值的吻合度良好;相比隨機(jī)初始迭代相位,源重建法能夠得到一組更優(yōu)質(zhì)的初始迭代相位,在相位還原過(guò)程中能夠避免相位還原算法陷入局部最優(yōu)解,并使算法有更快的收斂速度和精度,最終得到的天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論方向圖吻合度也滿足實(shí)驗(yàn)要求。
【圖文】：

(b) C D 圖4.6 交替投影算法收斂示意圖如果對(duì)于一個(gè)nx ，，有 ( ) 0nD x 且n 1nx x (對(duì)應(yīng)C D 的情況)，或 ( ) minnD x (對(duì)應(yīng)C D 的情況)，那么nx 稱為式(4-51)的不動(dòng)點(diǎn)。對(duì)于其它使 ( ) 0TD x 的點(diǎn)Tx ，我們稱之為陷阱點(diǎn)。對(duì)于非凸集來(lái)說(shuō)，算法最終收斂于不動(dòng)點(diǎn)還是陷阱點(diǎn)取決于迭代初值，且大多數(shù)實(shí)際情況并不能保證集合C 和D都是凸集，因此選擇合適的初值是保證該算法收斂的關(guān)鍵所在

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文52圖5.6 角錐喇叭天線模型圖表5.4 角錐喇叭天線參數(shù)表波導(dǎo)長(zhǎng)邊 波導(dǎo)短邊 波導(dǎo)長(zhǎng)度 壁厚 喇叭長(zhǎng)邊 喇叭短邊 喇叭長(zhǎng)度76.2 mm 33.87 mm 84.67 mm 1.639 mm 152.4 mm 118.53 mm 254 mm5.4 近場(chǎng)變換算法驗(yàn)證近場(chǎng)天線測(cè)量技術(shù)的核心之一是近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法，具體來(lái)說(shuō)，就是在天線輻射近場(chǎng)區(qū)放置一個(gè)掃描平面(或柱面、球面)，使用線極化探頭按照一定的采樣間隔獲取一組天線近場(chǎng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后使用特定的算法計(jì)算天線遠(yuǎn)場(chǎng)特性。目前廣泛使用的平面近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法是傅里葉變換算法。由式(2-15)和式(2-16)可知天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖函數(shù)與平面波譜函數(shù)之間的關(guān)系為F ( , ) jk cos A( k sin cos , ksin sin )(5-39)平面波譜函數(shù)A與z d 0平面上切向場(chǎng)的關(guān)系為( )01( , ) ( , , )2x yzj k x k yjk dt x y tk k e x y d e dxdy a A E (5-40)具體可表示為( )0( , ) ( , , )1( , ) 2( , , )x yzx y x j k x k yjk dyxy x yk k x y de e dxdyk k ax y d AAEE(5-41)其中，2, sin cos , sin sinx yk k k k k (5-42)將式(5-41)代入式(5-39)即得到近場(chǎng)變換公式。為驗(yàn)證以上理論的正確性，首先獲取 z 3.5 平面電場(chǎng)復(fù)振幅數(shù)據(jù)，然后使用
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2672592