【摘要】：波導(dǎo)縫隙陣列天線一般由許多開在矩形波導(dǎo)壁上的半波縫隙組成,由于其饋電通路與輻射單元融為一體,輻射單元的物理尺寸、相對(duì)位置都容易調(diào)節(jié),且一體化的金屬箱梁式結(jié)構(gòu)能夠承受較強(qiáng)的沖擊,故而波導(dǎo)縫隙陣列天線兼具了結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、可靠性高、易于共形、口徑利用率高、口徑分布易于控制等特點(diǎn),在雷達(dá)與通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文著眼于低副瓣波導(dǎo)縫隙陣列天線,探究其自動(dòng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)優(yōu)化方法,主要工作內(nèi)容如下:1、從縫隙天線的基礎(chǔ)理論出發(fā),對(duì)矩形波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了闡述,并根據(jù)Elliott的波導(dǎo)縫隙陣列天線設(shè)計(jì)方程,簡(jiǎn)述了借助于廣泛使用的電磁仿真軟件Ansoft HFSS對(duì)波導(dǎo)縫隙行波陣和駐波陣進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程,并介紹了泰勒方向圖綜合的基本原理。為后文的軟件開發(fā)和天線設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ);2、自主編寫了波導(dǎo)縫隙陣列天線自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件,用以實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)縫隙駐波陣和行波陣的自動(dòng)設(shè)計(jì)。軟件開發(fā)在MATALB環(huán)境下進(jìn)行。該軟件可以通過Script接口控制HFSS進(jìn)行自動(dòng)建模仿真,并自動(dòng)調(diào)用Microsoft Word進(jìn)行仿真報(bào)告的自動(dòng)記錄。經(jīng)驗(yàn)證,該軟件可以在很大程度上對(duì)天線設(shè)計(jì)效率加以提高;3、為了進(jìn)一步提高天線的性能,降低天線的副瓣電平,探索了兩種不同的優(yōu)化方法,包括基于遺傳算法(GA)的直接優(yōu)化和基于“等效導(dǎo)納法”的間接優(yōu)化。以仿真實(shí)例對(duì)比了兩種優(yōu)化算法應(yīng)用于波導(dǎo)縫隙陣列天線設(shè)計(jì)過程的優(yōu)劣,并將“等效導(dǎo)納法”嵌套于自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件當(dāng)中;4、借助于自行開發(fā)的波導(dǎo)縫隙陣列天線自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件,設(shè)計(jì)了符合指標(biāo)要求的低副瓣波導(dǎo)縫隙駐波陣,并以之組成了平板縫隙陣列天線。依據(jù)波導(dǎo)耦合縫隙的設(shè)計(jì)原理,對(duì)平板縫隙陣列進(jìn)行縫隙耦合饋電。所設(shè)計(jì)的平板縫隙陣列天線工作于24GHz,工作帶寬100MHz,工作頻帶內(nèi)駐波比小于1.5,方向圖增益大于35dB,方位面和俯仰面的副瓣電平與波束寬度均符合指標(biāo)要求。最終進(jìn)行了實(shí)物加工和測(cè)試,加工測(cè)試結(jié)果與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果吻合良好。
【圖文】：

波導(dǎo)縫隙陣列天線自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)框圖根據(jù)上文所簡(jiǎn)述的 HFSS-MATLAB-API 的基本原理及其功能，立足于第二章所詳述的波導(dǎo)縫隙陣列天線設(shè)計(jì)理論，為了簡(jiǎn)化仿真設(shè)計(jì)和優(yōu)化流程，減少冗余的重復(fù)性參數(shù)調(diào)整工作，從而提高設(shè)計(jì)效率，我們以 MATLABR2017a 和 HFSS15.0 為依托，自行編寫了適用于波導(dǎo)縫隙陣列天線的設(shè)計(jì)軟件，其系統(tǒng)框圖如圖 3.1 所示。設(shè)計(jì)流

34圖 3.12 給出了理論近場(chǎng)與實(shí)際近場(chǎng)的相位分布對(duì)比及二者之間的相位差；圖 3.13給出了相應(yīng)的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的對(duì)比及近場(chǎng)幅度分布的對(duì)比。以上曲線均為相位優(yōu)化過程開始時(shí)由 MATLAB 自動(dòng)記錄到優(yōu)化報(bào)告中。從圖 3.12(a)可以看出，如果不考慮傳輸線相位的周期性變化，實(shí)際的相位曲線可以近似看做一條有固定斜率的直線。在這里用 MATLAB 使第一個(gè)縫隙的實(shí)際相位與理論相位相等，即初相對(duì)準(zhǔn)，并對(duì)實(shí)際相位進(jìn)行線性擬合，所得到的擬合結(jié)果記為 phR ( n )，n 為縫隙編號(hào)，那么則有：phR ( n ) = α ( n 1) + phR(1 )(3-1)α 為線性擬合后的直線斜率。初相對(duì)準(zhǔn)后，理論相位為：
【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】：2019
【分類號(hào)】：TN823.24

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