陣列天線具有提升系統(tǒng)增益及靈活的波束控制能力,廣泛應(yīng)用于各種無線電子系統(tǒng)之中�，F(xiàn)代無線電子系統(tǒng)發(fā)展日新月異,面臨的電磁環(huán)境日趨復(fù)雜,系統(tǒng)對天線陣的性能提出了越來越苛刻的要求。特別是對于機載、艦載等平臺上的陣列天線,為了能夠?qū)崿F(xiàn)低副瓣、高增益、全向探測視場和多功能一體化等應(yīng)用需求,陣列天線需要朝著大型化方向發(fā)展,這對平臺上陣列天線的設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)。而傳統(tǒng)陣列天線的拓撲結(jié)構(gòu)幾乎都是平面形式,且均通過幅相控制實現(xiàn)對輻射能量的調(diào)控。因而在載體平臺有限的可布陣空間上直接安裝大型平面陣列天線是不現(xiàn)實的。同時,基于傳統(tǒng)的T/R組件構(gòu)成的饋電網(wǎng)絡(luò)不僅成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且提供的設(shè)計自由度不足以解決一些復(fù)雜的陣列輻射問題。因此,必須從陣列天線輻射的物理本質(zhì)出發(fā),拓展其輻射口徑、增加其設(shè)計自由度,探索新型陣列天線的可能形式。異構(gòu)天線陣在陣列拓撲結(jié)構(gòu)上,單元是依照載體平臺的外形而定,在載體平臺預(yù)留的可布陣空間進行三維布陣,能夠形成盡可能大的有效輻射口徑和全向探測視角。四維天線陣通過額外引入時間這一維自由度,能夠提高陣列輻射控制能力、簡化或者轉(zhuǎn)移饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計難度。因此,異構(gòu)四維天線陣這一新型陣列天線... 

【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)】：210 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

文獻[46]中報道的基于半球形平臺和柱面-半球混合平臺的共形天線陣實物圖[46]

與此同時,Harrington提出的矩量法(Method of Moment,MOM)實現(xiàn)了對圓環(huán)陣單元的電流分布和電場分布的數(shù)值計算。該方法雖然不能得到電場分布的解析解,但能夠得到其數(shù)值解,且數(shù)值解的精度可以控制。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值分析方法已經(jīng)逐漸形成以矩量法[54-56]、時域有限差分法(inite-difference time-domain,FDTD)[57-58]、有限元法(Finite-Element Method,FEM)[59-60]為主的方法,這類方法可以分析包含任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的天線單元或陣列,這無疑掀起了采用全波數(shù)值方法分析共形天線陣的熱潮。1997年,Tayfun采用棱邊函數(shù)考慮共形所導(dǎo)致的三角形網(wǎng)格的扭曲[61],并結(jié)合有限元法分析了圓柱形平臺、球形平臺及錐形平臺上共形天線的輸入阻抗。2003年,Railton等人使用時域有限差分法分析了如圖1-5所示[62]的由17個雙極化層疊圓形貼片單元組成的共形圓柱天線陣。2009年,北京理工大學(xué)的何芒利用基于分層介質(zhì)格林函數(shù)的矩量法對圓柱共形微帶天線進行了研究[63]。數(shù)值分析方法雖然應(yīng)用范圍十分廣泛,且求解的精度較高,但對于大型天線陣的分析,需要海量的內(nèi)存和巨大的計算時間,且難以達到收斂。因此,研究者們又開始關(guān)注高頻分析方法[64-66]和混合方法[67-69],比如物理光學(xué)方法、幾何繞射理論、一致性繞射理論,矩量法和一致性繞射理論的混合方法、有限元法和積分方程的混合方法等。上述這些方法也逐漸成熟化,并包含于商業(yè)全波仿真軟件之中。上述全波數(shù)值分析方法擅長分析確定結(jié)構(gòu)的共形天線單元或陣列的輻射特性,對于小型共形天線陣,全波數(shù)值分析方法計算效率尚可接受。但對于中等或大型共形天線陣,考慮到計算機所具備的計算能力,如果仍強制使用全波數(shù)值分析方法,那么計算效率將極低,甚至不可行。作為一種折中的方法,可采用基于孤立單元方向圖或局部有源單元方向圖結(jié)合電磁疊加原理計算輻射方向圖的方法,進而進行方向圖綜合[70-72]。雖然這種方法只能考慮單元及載體之間的部分耦合,但計算的結(jié)果仍具有一定的指導(dǎo)意義,而且陣列規(guī)模越大,計算的結(jié)果越準確。

本世紀初,應(yīng)用于信號處理領(lǐng)域的凸優(yōu)化方法在陣列方向圖綜合中展現(xiàn)出了巨大的活力和優(yōu)勢,在共形陣方向圖綜合中也占據(jù)了關(guān)鍵一席。具有代表性的工作如下。2010年,Tsui等人基于坐標變換推導(dǎo)了任意共形陣遠場矢量方向圖的表達式[90],并把低副瓣和賦形波束共形陣功率方向圖綜合問題歸納為具有一般性的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題,并充分分析了問題的凸性,進而使用凸優(yōu)化方法求解。2015年,Echeveste研究采用凸優(yōu)化方法綜合多波束共形陣問題[91],并考慮了單元之間互耦效應(yīng)的影響。2016年,Wanqiu Hu等人又把凸優(yōu)化方法拓展至雙極化共形陣方向圖綜合問題[92]。上述的研究表明,凸優(yōu)化方法不僅求解速度很快,而且求解的結(jié)果穩(wěn)定且好于其他優(yōu)化方法,特別適合中等或大型陣列的優(yōu)化設(shè)計。圖1-7研制的共形天線陣。(a)星載球面共形陣;(b)星載圓錐共形天線陣[93]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]共形相控陣天線的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 張光義.  中國電子科學(xué)研究院學(xué)報. 2010(04)
[2]共形相控陣天線方向圖綜合[J]. 陳云,何炳發(fā).  現(xiàn)代雷達. 2008(12)

博士論文
[1]共形相控陣天線分析綜合技術(shù)與實驗研究[D]. 趙菲.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]四維天線陣的空間調(diào)制與單脈沖測向技術(shù)研究[D]. 姚瑞林.電子科技大學(xué) 2013
[2]共形四維陣列天線技術(shù)研究[D]. 鄭麗.電子科技大學(xué) 2012
[3]四維天線陣在單脈沖雷達測向中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D]. 黃昕寅.電子科技大學(xué) 2011
[4]四維天線陣理論與應(yīng)用研究[D]. 王貴昌.電子科技大學(xué) 2008
[5]時間調(diào)制天線陣列理論與應(yīng)用研究[D]. 朱小文.電子科技大學(xué) 2007



本文編號：2984404