發(fā)布時(shí)間：2020-12-12 14:02

　　隨著需求的不斷增長以及相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步,有源相控陣天線（active phased antenna array,APAA）在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大,帶來了如星載APAA的波束賦形、考慮互耦效應(yīng)的非規(guī)則有源相控線性陣列天線的綜合以及雙頻共口徑APAA的稀疏布陣等實(shí)際工程應(yīng)用問題。本文研究這些實(shí)際工程應(yīng)用問題背后的基礎(chǔ)理論,包括陣列天線的快速分析、校準(zhǔn)和診斷,探索陣列天線的工作機(jī)理,在此基礎(chǔ)上提出提升APAA性能的特色方案,高效解決典型實(shí)際工程應(yīng)用問題,具有重要的研究意義。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.基于chirp-z變換的陣列天線方向圖快速計(jì)算作為陣列天線性能重要的評(píng)估方法及其設(shè)計(jì)基礎(chǔ),方向圖的數(shù)值計(jì)算非常重要。疊加求和方法速度較慢,尤其是對(duì)于大型平面陣列天線而言,這一問題更加突出。另外,在諸如陣列天線綜合等應(yīng)用中,方向圖的重復(fù)計(jì)算將導(dǎo)致耗時(shí)過長。由于陣因子和陣元激勵(lì)電流之間是一傅里葉變換對(duì),因此,快速傅里葉變換（FFT）可以加速計(jì)算陣元間距為半波長的陣列天線的方向圖。然而,對(duì)于一般形式的陣列天線,FFT無法直接使用。本文提出了一種基于chirp-z變換（CZT）的陣... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

電場旋轉(zhuǎn)示意圖以及校準(zhǔn)示意圖[

笤?渚轡?氬ǔさ南咝院推矯嬲罅刑煜叻較蟯嫉募撲鉡8]，但無法直接運(yùn)用于陣元間距非半波長的陣列天線方向圖的計(jì)算。1.2.2相控陣天線的校準(zhǔn)相控陣天線組裝好之后，每個(gè)通道中的初始電流都不相同。若不對(duì)此進(jìn)行校準(zhǔn)，相控陣天線將無法合成主波束，因此無法有效地輻射或接收電磁波信號(hào)。針對(duì)這一問題，諸多研究人員不斷地進(jìn)行探索，為相控陣的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。Mano和Katagi為了濾除來自相鄰天線單元的干擾信號(hào)以及空間中的隨機(jī)噪聲信號(hào)以便準(zhǔn)確地提出通道中的被測信號(hào)，在文獻(xiàn)[9]中公布了矢量旋轉(zhuǎn)法，具體的示意圖如圖1-2所示。當(dāng)校準(zhǔn)相控陣天線某一發(fā)射通道中的電流時(shí)，將探頭放置于待校準(zhǔn)天線的正前方用于接收信號(hào)；然后改變被測天線單元的相位且其它天線單元的相位保持不變，相位變化范圍為0°~360°；根據(jù)接收到的信號(hào)功率以及相位值，求解被測單元通道內(nèi)電流的幅度和相位。然而當(dāng)陣元數(shù)較多時(shí)單個(gè)陣元相位值的變化所引起的合成場的變化較小，加之噪聲和測量誤差的影響，導(dǎo)致該方法的校準(zhǔn)精度不高。(a)(b)圖1-2電場旋轉(zhuǎn)示意圖以及校準(zhǔn)示意圖[9]。(a)電場旋轉(zhuǎn)示意圖；(b)校準(zhǔn)示意圖Kuan-MinLee在矢量旋轉(zhuǎn)法的基礎(chǔ)上提出phase-toggling方法[10]。該方法首先將一脈沖信號(hào)注入到圖1-3(a)所示的信號(hào)注入器且所有移相器都不加相移。注入器發(fā)射出的信號(hào)被圖1-3(b)所示的有源相控陣接收，在輸出端口測得的信號(hào)為

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文6圖1-4分組矢量旋轉(zhuǎn)方法的原理示意圖[12]RuiLong和JunOuyang等人提出了一種相控陣天線多單元同時(shí)校準(zhǔn)方法[13]。相比于其它方法所需的信號(hào)測量次數(shù)，該方法所需的測量次數(shù)最少且與天線單元數(shù)相當(dāng)，對(duì)相控陣天線的數(shù)字移相器也沒有位數(shù)限制。該方法首先將用于測量的輔助天線置于天線的近場或遠(yuǎn)場區(qū)域，用于接收陣元相位改變時(shí)陣列天線輻射的信號(hào)；然后根據(jù)電磁場的矢量疊加原理并基于實(shí)測的陣列信號(hào)建立了一組與陣元激勵(lì)電流相關(guān)的線性方程組，如圖1-5所示；求解線性方程組，計(jì)算陣元通道中的電流幅度與相位值。該方法只對(duì)有源相控線性陣列天線的校準(zhǔn)進(jìn)行了研究，且所校準(zhǔn)的陣列天線的方向圖本身具有較高的SLL，對(duì)低副瓣有源相控陣天線的校準(zhǔn)效果則未加驗(yàn)證。圖1-5根據(jù)多單元同時(shí)校準(zhǔn)方法建立的線性方程組[13]相比于上述校準(zhǔn)方法，基于近場測試平臺(tái)的全息校準(zhǔn)方法則有相對(duì)較高的精度。1981年，W.T.Patton利用平面近場測試平臺(tái)對(duì)相控陣天線進(jìn)行校準(zhǔn)[14]。該方法首先在近場區(qū)掃描相控陣天線，運(yùn)用FFT將掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行變換求得平面波的波譜；然后運(yùn)用FFT變換反推口面電場分布，也即陣面通道電流的幅相分布；最后，根據(jù)電流幅相值對(duì)陣面通道電流的幅度與相位進(jìn)行補(bǔ)償。1988年，A.C.Newell對(duì)近場測試探頭的方向圖加以補(bǔ)償，并分析了口面截?cái)嗾`差、探頭的位置誤差、因探頭與陣面之間的多徑反射所引起的誤差以及接收機(jī)的非線性誤差等各項(xiàng)誤差，并給出了相關(guān)誤差修正的表達(dá)式，為獲取準(zhǔn)確的近場測試數(shù)據(jù)提供了重要的理論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分組旋轉(zhuǎn)矢量法校正大規(guī)模相控陣天線[J]. 劉明罡,馮正和.  電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2007(03)

博士論文
[1]陣列天線綜合及子陣列劃分的研究[D]. 郭華.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[2]基于免疫優(yōu)化算法的陣列天線綜合的研究[D]. 葉劍鋒.哈爾濱工程大學(xué) 2009



本文編號(hào)：2912691