相控阵天线稀疏化方法研究与应用
相控阵天线具有波束快速扫描的优点，在经历了几十年快速发展后，现在的应用范围已经包含了雷达系统、无线通信等的诸多领域。正是这些领域对天线性能日益升高的需求，推动着相控阵天线的研究不断地向前发展。针对“动中通”系统对大型平面相控阵低成本、宽角扫描的需求，本文开展了深入的研究，可分为两个方面：一是通过非周期阵列综合的方法来减少相控阵天线阵元数/通道数以降低成本，同时保证扫描性能不恶化；二是设计低成本的双圆极化宽角扫描相控阵天线。其中主要内容如下： 1.先介绍了一种改进的实数遗传算法作为优化工具，基于直线阵进行了稀疏、稀布初步研究，然后提出了一种考虑工程实用性的减少大型平面相控阵阵元数的混合稀疏化方法。结合稀疏阵、稀布阵、子阵等方式，将一个八角形面阵划分成若干模块化子阵，子阵级采用稀布方式，阵元级采用稀疏方式，且在阵元级限制移相器比特数以进一步减少成本。算例中优化得到的阵列在波束圆锥扫描±60°范围内，方向图无栅瓣出现，副瓣电平都小于-16dB，与同等增益的均匀阵相比减少了超过50%的单元数。 2.设计了一款双线极化宽角扫描平面相控阵天线，采用改进的贴片天线耦合馈电结构，相对带宽达到26%，垂直和水平极化分别在E面、H面都能达到±60°扫描，满足有源驻波小于2。然后在此基础上，增加馈电网络，设计了一款双圆极化平面相控阵天线，相对带宽15%，右旋和左旋圆极化分别在XOZ面、YOZ面都能扫描到±60°，带内轴比均小于3dB。最终分别加工了8×8和6×6的有限大阵列实物并进行测试，天线的驻波比和辐射方向图结果与仿真结果吻合较好。 3.最后将上述稀疏化方法应用到具体的相控阵天线中，进行局部验证工作。将双线极化有限大阵列作为子阵，对其仿真、测试数据进行稀疏化后处理，与理论计算结果对比。可以看到稀疏化处理对该阵列大部分端口的有源驻波比影响较小，而有限大阵列的仿真方向图与其计算方向图基本相同，副瓣大小、形状、位置都比较吻合，合成得到的八角形面阵方向图也与计算结果的相似度很高，验证了本文稀疏化方法的有效性。
相控阵天线;混合稀疏化;遗传算法;馈电结构
电子科技大学
硕士
电磁场与微波技术
屈世伟
2020
中文
TN821.8
2020-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）