互耦對陣列天線的影響與補償技術(shù)分析

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1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1．1研究背景及意義現(xiàn)代海戰(zhàn)中，艦隊作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)應(yīng)該具有快速反應(yīng)熊力，以及互聯(lián)網(wǎng)化、系列化、模塊化等特點。這對艦載雷達設(shè)備、通信設(shè)備的天線系統(tǒng)提出了更高的要求，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，作戰(zhàn)海域的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，電予干擾威脅越來越嚴重。雙方對電磁控制權(quán)的爭奪，可以導(dǎo)致無線電電子設(shè)備不能正常工作、通信指揮失靈、雷達迷盲、電子制導(dǎo)失控等。隨著技術(shù)的發(fā)展，要求艦載雷達系統(tǒng)能夠擁有更強的抗電子干擾、抗反輻射導(dǎo)彈、抗雷達探測、抗高速反艦導(dǎo)彈的低空和超低空打擊的能力。陣列天線是解決上述閼題的有效手段之一。為了適應(yīng)快速發(fā)展的現(xiàn)代海戰(zhàn)需要，提高雷達的生存能力，

2、必須提高雷達的機動性能。對予規(guī)載嵩頻超視距雷達(玨ighFrequencyOvertheHorzonRadar,HFOTHR)來說，工作頻率較低(3-30MHz)，相應(yīng)的波長很長，則其天線陣陣面寵大，架設(shè)、拆收均穰困難。倒魏，露蘸大量在役的菜大型高頻雷達，采用半波天線振子組陣，天線陣面面積將接近100平方米，只能用于執(zhí)行霾定區(qū)域的警戒任務(wù)。這樣龐大的面積對軍耀設(shè)備來說有很多不利的因素。此外，由于艦上的空間有限，為了滿足系統(tǒng)的要求，就要求單元天線和天線陣盡可能的小，必須考慮天線陣的小型化問題。采用小型化天線陣可以減少陣元數(shù)，簡化天線結(jié)構(gòu)，壓縮天線陣的口徑尺寸，可根據(jù)需要靈活地調(diào)動位置

3、，機動性好，同時也使軍艦煮基夠進行一定豹探測預(yù)警，從而提高了生存能力。在距敵艦幾百公里外海平線以下的地方，用艦船發(fā)射導(dǎo)彈并進行地飛制導(dǎo)，向敵艦發(fā)動進攻，這在戰(zhàn)術(shù)上有重要意義。但隨著天線口徑面的減小，天線陣陣元之間的互耦影響將加劇，勢必影響小間距天線陣的天線性能。因此，研究陣元互耦對小間距陣列天線的性能影響及棗}、償技術(shù)具有很高的理論與實踐價值。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文1．2陣列天線小型化的主要內(nèi)容及發(fā)展概況1．2．1陣元及匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計寬帶匹配是通訊、雷達和其它電子系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的一個關(guān)于功率傳輸?shù)幕締栴}，通過在天線和饋線之間加入匹配網(wǎng)絡(luò)來保證在工作頻帶內(nèi)有合適的功率傳輸系數(shù)。寬

4、帶匹配網(wǎng)絡(luò)的問題最早由BobeEl】在1945年提出，他應(yīng)用環(huán)路積分的方法解決了RC并聯(lián)負載的寬帶匹配問題，給出了這一問題的增益帶寬極限。此后，F(xiàn)ano[2J對這個問題進行了一般性的研究，解決了任意無源負載與電阻性信號源之間的阻抗匹配問題。在1961年Fielder將Fano的方法推廣到信號源內(nèi)阻是復(fù)數(shù)阻抗的情況。隨著電路理論獲得的巨大進步，散射概念被引入到電路理論中，Youla通過引入有界實散射參量的概念，發(fā)展了Fano的研究成果，創(chuàng)立了新的寬帶匹配理論。但在實際應(yīng)用中仍然存在很多問題，如假設(shè)的功率增益函數(shù)是否最優(yōu)，需要解析形式的負載，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜難于綜合等問題。在六十年代中期發(fā)展起

5、來的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值方法可以克服上述解析方法的困難。在1977年Carlin提出了用于設(shè)計天線寬帶匹配的實頻數(shù)據(jù)法，簡稱實頻法。它不利用解析原理，也不需要假設(shè)網(wǎng)絡(luò)拓撲和傳輸函數(shù)的解析形式，而是直接處理實測數(shù)據(jù)，這種方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中。但該方法存在一定的局限性，如它只能針對簡單的LC梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對于復(fù)雜一些的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則無能為力；實段逼近和曲線擬合過程存在誤差，設(shè)計的結(jié)果不能達到最優(yōu)。近些年來，隨著計算水平的發(fā)展，具有全局尋優(yōu)能力的遺傳算法也被引入到了寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中。近些年來，隨著計算機內(nèi)存及運算速度的發(fā)展，結(jié)合加載天線所具有的多參數(shù)性，多目標性，

6、目標函數(shù)與參數(shù)之間的非線性關(guān)系等特點，一些文獻將遺傳算法引入到加載天線的設(shè)計。優(yōu)化的參量為加載位置、加載元件值以及寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，優(yōu)化目標是整個頻段內(nèi)的系統(tǒng)增益和VSWR，通過優(yōu)化使得天線有一個滿足系統(tǒng)要求的系統(tǒng)增益和帶寬。2哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文國內(nèi)也有一些學(xué)者對天線加載聞題進行研究，文獻【4】分析了帶有飪意加載、LC匹配網(wǎng)絡(luò)各阻抗變換器的雙鞭天線，并對加載和匹配網(wǎng)絡(luò)的組成元件進行了優(yōu)化。文獻【5】用Fourier變換法分析了加載中饋天線的電特性，研究了各參量對天線電流分布，阻抗特性和效率的影響。文獻[6】也采用了遺傳算法結(jié)合矩量法對短波寬帶集總鴦羹載天線優(yōu)化設(shè)計，文中沒有

7、將匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和天線參數(shù)一起作為優(yōu)化參數(shù)來處理，而采用天線輸入阻抗中的阻值部分的平均值俸為饋線的特性阻抗來計算駐波比，待得到一個頻率特性比較平淆的輸入阻抗后，再設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)。1．2-2陣列形式及陣列綜合方法陣列天線小型化中很重要的一部分就在于陣列形式的選擇及其相應(yīng)的陣列綜合方法。由于陣列小型化設(shè)計的目標之一就是在較小陣列尺寸下得到滿足接收系統(tǒng)要求的方向性系數(shù)，這就需要用到超方向性天線原理。在同樣的陣列結(jié)構(gòu)情況下，如果能夠得到比各陣元均勻激勵情況下更高的方向性系數(shù)，則