电小间距偶极子阵列天线测向研究

摘要

电小间距阵列测向研究是无源定位的一个重要研究方向，同时也是阵列信号处理领域的一个重要分支。一般来说，电小间距阵列天线（间距(《)λ）的特点是单元之间的耦合强烈，单元增益小，单元之间的相位差变化缓慢，阵列的测向性能差。电小间距天线测向的一个研究重点就是耦合对测向性能的影响，以及通过改善耦合，来改善电小间距阵列天线的测向性能。
　　本文研究了耦合对电小间距偶极子阵列天线的影响。研究表明，耦合的引入，不仅可以进一步改善偶极子单元天线的方向性，还能显著提高天线单元的之间相位差的变化。而天线单元的幅度和相位差的变化是影响阵列天线测向精度的一个重要方面。利用有限元算法分别仿真建模了间隔为0.02λ和0.1λ的二单元偶极子线阵，以及直径为0.1λ的四单元偶极子环形阵，通过MUSIC算法，和克拉美-罗边界分别进行计算对比，结果表明，当考虑耦合时，电小间距偶极子阵列的测向精度至少提高50％。阵列的间距越小，耦合的作用越强，测向精度的提高也越明显。
　　基于耦合对电小间距偶极子阵列测向性能的影响，本文提出了两种提高电小间距偶极子阵列天线之间耦合的方法，方法一是特异材料加载;方法二是偶极子天线阵子直连或交错互连。方法一通过加载理想的高磁介质能够提高电小间距阵偶极子阵列的方向性，并且在一定程度上改善单元之间的相位差变化，从而提高了阵列的测向精度。方法二直观上增加了两个阵子之间的“交流”，是实现偶极子天线单元之间耦合的一种有效途径。该方法能够减弱邻近单元镜像反射引起的远场增益退化，提高单元天线的方向性和增益。偶极子阵列单元之间阵子直连或者交错连接的方法，使所有天线单元连接成一个网络，由于每个端口的多通道信号叠加特性，天线之间的“交流”增加，即耦合增加，使得天线单元之间的相位差变化增强，测向精度显著提高。在考虑耦合的情况下，电小间距互连偶极子阵列天线的测向精度与未互连结构相比，测向精度最大提高了40％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 电小间距阵列天线测向技术

1．3 国内外的研究现状

1．4 本文的工作内容和意义

第二章 偶极子天线及测向理论基础

2．1 天线的基本原理

2．2 空间谱估计的数学模型

2．3 方向角估计的Cramer-Rao边界

2．4 MUSIC算法的基本原理

2．5 本章小结

第三章 考虑耦合的电小间距偶极子阵列测向研究

3．1 二单元偶极子线阵

3．2 直径为0.1λ的四单元偶极子圆环阵

3．3 本章小结

第四章 材料加载结构研究

4．1 高磁导率材料加载

4．2 人工特异材料

4．3 本章小结

第五章 阵子互连结构研究

5．1 间距0.02λ的二单元偶极子线阵

5．2 间距0.1λ的二单元偶极子线阵

5．3 直径为0.1λ的四单元偶极子圆环阵

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 存在的主要问题

6．3 展望

参考文献

硕士期间的科研成果

致谢