【摘要】：相控陣天線是用電子掃描技術實現(xiàn)天線波束指向在空間轉動或掃描的天線,具有可靠性高、探測能力強、隱身性能好的特點,在彈載、機載、星載、艦載、車載和浮空器等各種新型武器平臺的雷達系統(tǒng)中具有巨大的應用潛力。隨著相控陣天線朝高頻段、高密度的方向發(fā)展,溫度場-結構位移場-電磁場之間的耦合日趨顯著,從而導致增益下降、副瓣抬高、指向精度降低等問題出現(xiàn),嚴重制約了高性能相控陣天線的研制。然而,對于相控陣天線多場耦合問題,現(xiàn)有的建模方法只考慮了天線陣面受耦合場作用產生的形變,而忽略了饋電系統(tǒng)的形變,此外,其求解也存在不同物理場之間數(shù)據模型異構、網格失配的問題,從而降低了耦合分析的準確性。本文針對相控陣天線多場耦合建模及求解中存在的問題,提出一種基于模型重構的相控陣天線多場耦合建模和數(shù)值求解方法。首先,將耦合場中饋電系統(tǒng)的形變誤差引入到現(xiàn)有的相控陣天線耦合理論模型中,建立了含饋電系統(tǒng)的相控陣天線場路耦合模型,將天線的電性能表示為輻射陣面和饋電系統(tǒng)結構參數(shù)的泛函,揭示了其耦合機理。然后,基于相控陣天線多物理場順序耦合特征,提出了一種耦合場之間的模型重構方法,其中包括保證陣元位姿精度的NURBS(非均勻有理B樣條)曲面擬合算法,以及保證饋線相位精度的局部模型重建算法,并基于該方法實現(xiàn)了相控陣天線多場耦合數(shù)值求解,提高了耦合分析的精度和效率。最后,將本文方法運用于某5.8GHz的32單元相控陣天線多場耦合求解案例,并進行了力學實驗和電磁性能測試實驗,將數(shù)值求解結果與實驗結果對比,增益的相對誤差為2.24%,波束指向偏差為2.17%,副瓣偏差為8.71%,從而驗證了本文方法的準確性和有效性,與傳統(tǒng)方法相比,本文方法的分析精度平均提高了56.19%,分析速度平均提高了55.14%。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN821.8
【圖文】：

（a）陸基有源相控陣天線 （b）艦載有源相控陣天線（c）機載有源相控陣天線 （d）星載有源相控陣天線圖1.1 有源相控陣天線的應用APAA 是典型的多場耦合系統(tǒng)，即溫度場、結構位移場及電磁場之間的耦合，如圖 1.2，首先，環(huán)境載荷與結構參數(shù)將引起結構變形，即結構位移場（路徑①）；其次，結構位移場會使眾多 T/R（無線收發(fā)）組件的位置與姿態(tài)發(fā)生改變，從而影響天線遠場方向圖，即電磁場（路徑②）[4]；最后，天線陣面中存在著大量的發(fā)熱器件，發(fā)熱總量通�？蛇_幾千瓦甚至兆瓦，即溫度場，溫度場帶來的影響有兩種形式，一是引起電磁器件（如 T/R 組件）本身性能的變化，從而影響電磁場（路徑③），二是導致陣面發(fā)生變形

饋電電流的相位 ，從而使得陣列孔徑形成新的等相面，并改變波束的指向，而天線本身不做機械轉動，這就是相控陣天線的原理。圖2.3 有源相控陣天線空間關系示意圖2.2 相控陣天線陣面的多場耦合模型2.2.1 結構位移場模型APAA 的結構位移場是天線結構在外部載荷作用下，結構節(jié)點與初始位置的偏差

y y y kd (2-11)圖2.4 相控陣天線空間關系示意圖[10]這里利用了目標位于天線輻射單元的遠區(qū)，兩者之間的相位差x 可由圖 2.5 中的光程差 cosx x l d 來確定，y 的確定方法一樣。則第( m, n) 個單元與第(1,1)參考單元之間的“空間相位差”為=mn x y m n (2-12)yzi i+1xlriri+1至觀察點 PO圖2.5 兩個相鄰單元相位差示意圖[67]如果天線輻射電磁波的波束指向最大值為0 0( , )，則其方向余弦可表示為0 0 0(cos ,cos ,cos )x y z ，那么位于天線陣內的移相器會使相鄰單元產生另一個相位差，即 “陣內相位差”，其沿 x 軸和 y 軸的分量分別為：

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