时域平面近场测量仿真研究

摘要

超宽带雷达工作在大瞬时带宽情况下，其天线的参数必须能描述其工作状态即瞬时宽带下的性能，常规天线在频域下的参数即各点频的方向图、增益对于描述超宽带天线已显不足。本论文主要研究了一套正在组建中的适用于超宽带天线及RCS测试的时域平面近场测试系统，此测试系统可以通过一次测量获得整个带宽内的辐射/散射方向图，更重要的是可以获得天线的冲击响应即瞬态特性。与常规时域测试系统不同的是，真实超宽带雷达信号而不是无载波窄脉冲被用做激励信号，无载波窄脉冲由于带宽很宽，导致各频率分量功率很低，不仅大大降低了测试动态范围，而且根本无法推动T/R组件，无法满足有源相控阵测试。为了验证数据处理软件，我们选取了标准增益喇叭和金属平板的双站RCS进行了频域测量和时域平面近场测量仿真。我们使用FDTD来计算天线或RCS测试中目标近场平面上M×N点电场主极化分量时域波形来模拟实时采样示波器的输出信号，通过频域近远场变换和直接时域近远场变换我们得到了和频域测试结果吻合很好的方向图。时域测量相对于传统的频域测量的优点之一是可以通过时间门技术消除外界多路径杂散信号的影响，提高测量精度。本文利用测量系统的快速扫频功能通过逆傅立叶变换获取天线的时域方向图，并利用时间门对环境散射信号进行了处理，返回频域后获取了更加接近理论的方向图，另外还通过选择不同时间门实现了两个天线方向图的同时测量，并对时间门误差进行了分析。我们还仿真了适用于近场采样探头的超宽带天线，包括可实现双极化的低散射截面的电阻加载介质棒天线(VSWR<2 带宽3-12GHz)、相位中心固定的无色散 TEM 喇叭，低剖面、方向图带宽宽的vivaldi天线(VSWR<2 带宽2-8GHz)。另外针对vivaldi天线我们分析计算了它的时域参数包括时域远场方向图、冲击响应、信号保真度等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2课题的国内外研究现状

1.2.1国内现状

1.2.2国外研究历史、现状及发展状况分析

1.3论文研究的主要内容和重点

第2章时域近场测量的基本原理及特点

2.1频域平面近场测量的基本原理

2.1.1无探头补偿的近远场变换

2.1.2考虑探头补偿的近远场变换

2.2时域平面近场测量的基本原理

2.3时域近场测量的数据处理方法

2.3.1无探头补偿时域近远场变换

2.3.2带探头补偿时域近远场变换

2.4离散逆傅立叶变换重构时域法简介

2.5“时间门”选取原则

第3章时域系统及电磁场数值计算仿真

3.1时域近场系统

3.2时域近场测试的电磁场数值计算仿真

3.2.1FDTD用于散射计算

3.2.2 FDTD用于天线计算

3.2.3数值色散问题与空间步长

第4章天线/RCS近场测试仿真与试验

4.1近场散射测量概述

4.2平面散射近场测量研究的主要进展

4.3天线/RCS时域近场仿真与频域测试

4.3.1天线时域近场仿真

4.3.2近场双站RCS仿真与测试

4.4时间门在天线远场测试中的应用

4.4.1实验系统组成

4.4.2实验方案及测试结果

4.4.3数据处理和分析

第5章天线时域特性分析及超宽带探头天线的仿真设计

5.1超宽带探头天线的仿真设计

5.2天线时域特性分析

5.2.1宽带相控阵天线时频方向图分析

5.3天线时域诊断

第6章结论

参考文献

致谢

硕士期间发表论文