超低副瓣阵列天线互耦及幅相误差影响研究.pdf

哈尔滨工程大学
博士学位论文
超低副瓣阵列天线互耦及幅相误差影响的研究
姓名:崔金辉
申请学位级别:博士
专业:通信与信息系统
指导教师:杨莘元
20040401
摘要现代电子战对雷达天线提出了越来越低的副瓣要求。超低副瓣阵列天线是实现现代高性能雷达的关键技术之一。本文是以舰载小规模细线振子天线阵列为研究对象,以分析和补偿天线阵列的互耦影响为核心,对舰载通信天线系统的超低旁瓣互耦分析、误差分析和互耦补偿等关键问题进行了一系列的研究。主要工作包括:运用矩量法对细线振子阵中单元互耦效应进行了分析和计算。并以煜哒笪@致哿嘶ヱ疃猿透卑暾罅刑煜咴冻》较蛲贾鞲卑相对电平的影响。采用本征激励法,在考虑互耦影响下,数值模拟了幅度误差、相位误差、位置误差和不平行度偏差等对超低副瓣阵列天线方向图性能的影响。从有源校正和理论计算两方面对阵列天线互耦补偿方法进行了研究。本文从广义阻抗的定义出发,定义了一种求取互耦阻抗矩阵的方法。讨论了不同的垂直方向入射信号的互耦补偿矩阵,对互耦补偿效果的影响。针对互耦补偿需要精确已知来波信号方向的问题,以等间距线阵互耦补偿矩阵的特点出发,构造了相应的性能函数,实现了未知方向的单辅助源方向估计。本文讨论了互耦补偿矩阵的扩展问题。利用小规模等间距线阵互耦补偿矩阵信息,实现了对中、大规模阵列的互耦补偿矩阵的扩展。关键词:阵列天线;超低副瓣;互耦;误差;补偿哈尔滨工程大学博士学位论文
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作者┳:幽哈尔滨工程大学学位论文原创性声明日期:呻年涸乱蝗本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
⒄褂胂肿础毖现代海战中。舰队作战指挥系统应该具有快速反应能力,以及互联网化、系列化、模块化等特点,这对舰载雷达设备、通信设备的天线系统提出了更高的要求。随着电子信息技术的发展,作战海域的电磁环境越来越复杂,电子干扰威胁越来越严重。双方对电磁控制权的争夺,可以导致无线电电子设备不能正常工作、通信指挥失灵、雷达迷宫、电子制导失控等。随着技术的发展,要求舰载雷达系统能够拥有更强的抗电子干扰、抗反辐射导弹、抗雷达探测、抗高速反舰导弹的低空和超低空打击的能力。天线阵列天线是解决上述问题的有效的手段之一”。”。为了有效对抗目标,提高雷达抗干扰的能力,都对雷达天线提出了低或超低副瓣阵的要求。目前,极低副瓣天线已经成为高性能电子系统的一个重要组成都分。特别是雷达,在有严重地物和电子干扰环境中有效地工作,必须采用副瓣尽可能低的天线。低或超低副瓣阵列天线是现代雷达的普遍要求,是急需解决的关键技术之一.。低或超低副瓣阵,通常是指副瓣电平比主瓣低与以上的天线。在自由空间不扫描连续馈电情况下,这样的副瓣电平比较容易达到。但是在宽角扫描及口径激励馈电网络幅相量化的情况下要达到超低副瓣,一直是天线设计的一个大难题。著名的学者痜,倒撼透卑晟杓频娜蠓宝是科学的设计、精密的加工和测量与校准。加工精度受工艺水平的限制,因此天线设计、测量与校准的新方法是天线工程师们研究的主要内容“”“’。。
吒年代超低副瓣阵列天线的超低副瓣是在不扫描一维实现的,扫描时一维副瓣是不低的。之后开始研究一维扫描情况下实现低或超低副瓣,再后是研究相控阵实现低或超低副瓣。通过补偿互耦对单元口径电流分布的影响、减少阵列天线的缓变误差、随机误差、系统误差和改进测试技术等方面来达到,目前的水平已能达到一ゴ砟在设计超低副瓣阵列天线时,必须考虑天线单元问的互耦影响、各种误差影响、传输变换段、馈电网络及各个单元通道校准等方面的内容”⋯。本文着重研究前两点对超低副瓣阵列天线的影响。对细线振子模型的平面阵列天线的计算表明,阵列中绝大部分辐射单元的有源输入阻抗随频率和扫描角而变化,因而导致阵列天线口径场或电流分布相对值偏离设计值,给低特别是超低副瓣天线的实现造成困难。对小而阵,这种误差甚至是难以控制和补偿的。表为细线振子阵列有源输入阻抗随频率/扫描角度变化引起的阵列孔径上相对电流的附加幅、相误差方差瓯.、盯。煜卟问南住眔表互耦引起的附加幅、相误差讲顀,、盯。频率扫描角%哈尔滨撼袒鹧Р┦垦宦畚甀蟆..:“’
各单元激励的幅相偏离其设计值的方差不能大于从表格中可以看到,。引起这一现象的主要原因是天线阵列阃