面向结构误差的有源相控阵天线电性能补偿方法

摘要

有源相控阵天线(APAA)因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力强、隐身性能好等无可比拟的优势，已经广泛应用于各种雷达系统中。APAA阵面在加工、装配过程中会导致阵面产生随机误差；天线工作时，振动、冲击、高热功耗等又会引起阵面变形。阵面的随机误差和阵面变形都会引入阵元位置误差，引起天线电性能恶化，因此需对APAA的电性能进行补偿。本文基于前人对APAA机电耦合理论研究的基础上，在不考虑单元方向图和阵元互耦的情况下，分别研究了相位调整、基于最小二乘法的激励幅相调整和基于FFT法的激励幅相调整等三种电性能补偿方法的补偿原理及补偿过程，并对其补偿效果进行了研究，主要包括以下内容：
　　首先，本文介绍了APAA中结构-电磁耦合模型，基于耦合模型分析了结构误差对天线电性能的影响，当结构误差超过某一量级时，电性能不达标，需要对电性能进行补偿。
　　其次，基于APAA机电耦合理论，讨论了三种电性能补偿方法的计算原理及其效果。
　　（1）相位调整法：利用APAA机电耦合模型，计算由阵元位置误差引起的空间相位附加因子，调整激励电流相位抵消空间相位附加因子，实现对天线电性能的补偿。由算例仿真结果可以看出，相位调整法对波束指向偏差补偿效果明显。
　　（2）基于最小二乘法的幅相调整：利用APAA机电耦合模型，建立理想方向图和误差方向图函数表达式，基于最小二乘法思想，理想方向图和误差方向图之间差值的最小二乘解即为补偿激励电流。由算例仿真结果可以看出，基于最小二乘的幅相调整法对增益、副瓣及波束指向等电性能补偿效果明显。
　　（3）基于FFT法的幅相调整：结合FFT法在天线方向图计算中的应用，建立天线方向图函数和激励电流间的傅立叶转换关系，将误差方向图中的结构误差项通过傅立叶变换转换到激励电流中，将结构误差的影响等效为电流的变化，然后调整激励电流幅度和相位实现对天线电性能的补偿。由算例仿真结果可以看出，基于FFT法的激励幅相调整法对增益、副瓣及波束指向等电性能补偿效果较好。
　　最后，对三种电性能补偿方法的适用范围做了比较，并对全文内容进行了总结，对下一步工作提出了研究展望。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 相控阵天线电性能补偿方法研究现状

1.3 本论文主要工作

第二章 APAA结构误差对天线电性能影响分析

2.1 引言

2.2 相控阵天线原理

2.3 有源相控阵天线误差源分析

2.4 有源相控阵天线机电耦合模型

2.5 结构误差对有源相控阵天线电性能影响分析

2.6 本章小结

第三章 基于相位调整的APAA电性能补偿方法

3.1 引言

3.2 相位调整法补偿原理

3.3 相位调整法补偿算例与结果分析

3.4 本章小结

第四章 基于最小二乘法的APAA幅相调整补偿方法

4.1 引言

4.2 最小二乘法补偿原理

4.3 最小二乘法APAA幅相调整补偿算例与结果分析

4.4 本章小结

第五章 基于FFT的APAA幅相调整补偿方法

5.1 引言

5.2 FFT法补偿原理

5.3 FFT法APAA幅相调整补偿算例与结果分析

5.4 三种补偿方法效果比较

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果