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机载天线设计及天线系统布局研究

林晨  
【摘要】:论文结合科研项目进行选题研究,文中论述了机载天线的设计及天线系统的布局问题。 论文的研究工作主要分为两个部分,第一部分为机载平台无线电通信系统的天线设计,其中包括特定波束双锥天线、低剖面宽频带微带天线、相位中心稳定天线以及窄波束低副瓣阵列天线;第二部分为小型机载平台天线系统的布局设计。作者的主要工作和成果可概括如下: 1.研究了将粒子群算法(PSO)和FEKO仿真软件相结合的天线优化方法(PSO/FEKO)。该方法克服了FEKO软件在进行复杂结构优化时存在的结构重叠问题,并且能够随时中断优化过程和继续优化,具有灵活、方便的优点,能够有效地实现复杂结构模型的优化。 2.在特定波束双锥天线的设计中,提出了基于曲折型母线的波束设计方法。基于该方法,采用PSO/FEKO方法对其结构参数进行优化,实现了Ku波段双锥天线在方位角0°~360°,俯仰角65°~95°范围内增益大于1dBi的辐射特性。 3.设计了低剖面宽频带微带天线。利用U形耦合片,采用改进型GPSO/FEKO方法设计了介质厚度为1mm的宽频带微带贴片天线。实测结果表明,优化获得的微带天线的频率带宽是相同厚度矩形天线的2.33倍。 4.研制了具有稳定相位中心的圆极化微带天线。理论分析表明,采用幅度相等,相位相差120°的三馈电方式,可使圆形微带天线获得圆极化辐射特性。基于最小二乘法,推导了任意轴向切面相位方向图的视在相心(二维)计算公式,计算结果表明三馈点圆极化微带天线具有稳定的相位中心。在此基础上,应用基于复合左右手传输线的宽带相移馈电网络,设计了3dB轴比带宽为47%的宽带相位中心稳定天线。 5.设计了高性能的窄波束低副瓣阵列天线。利用GPSO算法对阵列馈电幅度分布进行优化,设计了窄波束低副瓣印刷振子阵列天线,实测结果表明天线性能满足工程需求。此外,基于参数提取方法设计了波导缝隙辐射阵面,阵列方向图仿真结果与优化结果吻合良好,方向图性能满足设计指标。 6.研究了GPSO/FEKO方法在机载平台天线系统布局设计中的应用。根据工程需求和电磁兼容布局的基本原则对天线位置进行预布局。在此基础上,利用GPSO/FEKO方法对局部区域中的天线位置进行优化设计。仿真结果和实测结果基本吻合,表明该方法在天线系统的布局设计中具有可靠性和工程实用价值。


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