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圆锥共形相控阵天线及天线罩设计

丁畅  
【摘要】:共形相控阵天线是将共形天线与相控阵天线相结合的一种新型阵列天线形式,其结合了共形天线和相控阵天线的优点,在飞行器上具有广泛的应用前景。天线罩是雷达天线系统的重要组成部分,更是飞行器中共形天线的常用载体。因此,本文以天线罩作为共形天线载体,在考虑天线罩影响的条件下,对圆锥共形相控阵天线-天线罩整体结构进行设计和分析,主要研究内容可以分为以下四个部分:共形相控阵天线单元的设计。针对共形相控阵天线单元宽频带、宽波束以及易于安装共形的特点,本文设计了工作于Ku波段的微带贴片和印刷蝶形缝隙天线单元。微带贴片天线采用方形的辐射贴片和介质基板,端口回波损耗小于-10d B的阻抗带宽为0.9GHz;E面和H面的3d B波束宽度分别为92.8°和81.7°。为进一步提高阻抗带宽,设计了共面波导馈电的蝶形缝隙天线,其回波损耗小于-10d B的阻抗带宽达到1.56GHz;E面和H面的3d B波束宽度分别为53.4°和53.5°。在此基础上,对两款天线加工测试,测试结果与仿真结果吻合。A夹层结构锥形天线罩的设计。首先采用四端子等效传输线理论对天线罩的透波率进行仿真,得到了满足宽频带要求的A夹层结构和材料参数。在此基础上,针对天线罩的3d B波束宽度变化和瞄准误差,对天线罩采用PO物理光学法进行优化分析,最终仿真得到了满足工程指标的天线罩整体结构。共形阵列的数学建模及阵列互耦分析。首先针对任意曲面共形阵列,建立了共形阵列矢量方向图叠加模型。然后,结合互耦分析中的散射法和天线单元有源方向图的概念完成共形阵列互耦矩阵的求解。最后,借助上述方法,对圆锥共形相控阵天线-天线罩整体结构进行了仿真分析,并对大型阵列的简化算法进行了讨论。圆锥共形相控阵天线-天线罩的低副瓣方向图综合。首先采用口径投影法将泰勒线源综合法应用于共形阵列的方向图综合中,实现了单极化圆锥共形相控阵天线-天线罩的低副瓣方向图综合。然后,借助阵列互耦矩阵,完成了单极化圆锥共形相控阵的互耦校正。最后,采用双极化天线单元构建共形阵列,对方向图形态和极化形式联合设计,实现了提高极化纯度的目的。


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