X波段赋形阵列天线的仿真分析与优化设计

摘要

波导天线具有功率容量大、相对带宽宽、传输损耗小、结构紧凑等特点。波导阵列天线不仅可以实现天线的高增益，而且可以通过调节各个单元的幅度、相位对天线进行波束赋形。本文通过一些软件程序的开发，设计了一种波导阵列天线，它在水平面具有针状波束、俯仰面具有类似余割平方赋形波束,有利于雷达发现超低空目标。
　　经过对电磁计算理论、优化算法理论的研究，通过理论分析、推导建立近似数值计算模型。在工程实现过程中考虑到波导缝隙天线的不连续性，建立了行波串馈线阵的等效电路模型，理论推导了波导缝隙电气参数的计算公式；通过给定的功分器各单元电流分布，结合遗传算法得出了每个单元赋形时需要的相位信息，并对所得到的相位信息进行了容差分析。根据需要设计天线的技术要求，通过编写程序对天线线阵的各个缝隙单元对应的电导进行求解，并介绍了缝隙的电导值在仿真软件中的提取计算方法；利用提取的不同倾斜角对应的电导值，通过拟合操作计算天线线阵各个单元所对应的缝隙参数；根据天线线阵的缝隙参数建立线阵模型，利用Ansoft软件进行仿真计算；并对天线线阵模型仿真结果进行分析。然后介绍了不同类型波导功分器的数学表达方式，通过采用缝隙耦合馈电、分支波导馈电两种馈电方式，解决了功分器宽频带的幅度色散问题；同时介绍了设计过程中引入的功率调配方法，结合已知的功分器各端口幅度分布，进行了波导功率分配器的设计与仿真。接着根据波导宽边尺寸与波导内部波长的关系，通过变换波导宽边尺寸对固定长度的移相器的参数进行提取；通过拟合程序计算出各单元需要的波导宽边尺寸。通过建立整体模型对天线线阵、功分器、移相器进行系统的协同仿真，并得出天线系统的仿真结果。实物样品的测试结果达到了工程指标要求，并与仿真结果进行了对比分析，总结了实际工程中影响天线性能指标的因素，为以后工作积累了工程经验。
　　从天线测试的数据来看天线的设计达到了预期目的，各项技术指标满足系统指标要求，验证了工作过程的正确性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 天线方向图赋形方法及类似雷达天线的国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要贡献

1.4 本论文的结构安排

1.5 本章小结

第二章 基础理论概述

2.1 有限元法

2.2 波导行波线阵缝隙电导推导

2.3 遗传算法

2.4 基于遗传模拟退火算法的聚类算法

2.5 本章小结

第三章 天线应用软件开发与仿真

3.1 赋形的波束形式

3.2 赋形阵列天线的算法

3.3天线系统软件工具开发及设计实现

3.4本章小结

第四章 天线系统测试结果与仿真结果对比

4.1天线的远场测试方法

4.2天线的测试结果与仿真结果的对比分析

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

附录