无人机机载阵列天线系统性能影响研究

发布时间：2017-10-06 00:11

  本文关键词：无人机机载阵列天线系统性能影响研究

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【摘要】：目前,随着无人机应用领域的不断扩展,无人机机载天线系统性能的优劣对无人机在通信、探测、侦查等应用中的影响日益突出。本文对无人机机载阵列天线的系统性能进行了较全面的分析,主要工作有:研究机载阵列天线的各种系统性能参数,分析互耦、幅相误差、阵列布局和阵列形变等因素对其系统性能的影响,总结这四种因素作用的特点与规律,为无人机机载阵列天线的设计和系统性能优化提供有价值的技术参考。阵列天线中单元之间的耦合会直接影响阵列天线系统性能,故互耦是阵列天线设计不可忽略的一个问题。互耦会改变天线的增益,提高副瓣电平,使得方向图失真等,所以互耦补偿是需要重点研究的问题。在研究互耦对机载阵列天线系统性能的影响中,根据互耦原理以及阵元位置对阵元进行分类,改进了传统的有源单元方向图方法,即阵元分类有源单元方向图方法。采用该方法对互耦影响进行了分析,并结合最小二乘法实现了互耦补偿。该补偿方法的优点在于可快速获取更为准确的互耦补偿系数,同时降低自耦与互耦带来的影响。幅相误差也是阵列天线系统性能的一个重要因素。在本论文中采用概率统计方法分析了随机幅相误差对阵列天线系统性能的影响,分析存在幅相误差时阵列天线方向图统计特性,总结了幅相误差影响特性和规律。针对阵元布局对阵列天线性能的影响。本论文主要研究了阵元数目以及阵元间距对阵列天线性能影响的研究,通过分析得出阵元数目、间距与方向增益、旁瓣电平、方向性系数之间的关系。由于机载共形阵的共形特征,阵列形变也会成为影响性能的一大因素。本论文首次考虑了阵列形变对共形阵列天线性能的影响。并针对该影响因素分析了其对增益、旁瓣电平等的影响特征。在形变补偿中,结合形变特征,以及相位补偿法、最小二乘法的不足之处,提出了傅里叶方法对形变进行补偿,结果表明采用傅里叶方法进行的补偿效果更优于前两者,也有效地改善了形变带来的影响。本文通过电磁仿真平台Ansoft HFSS,对机载阵列天线进行建模仿真,结合MATLAB分析互耦、幅相误差、阵列布局和阵列形变对机载阵列天线系统性能的影响,总结出该四种因素作用的特征和规律,并较好地实现了补偿,达到了优化机载阵列天线系统性能的目的。
【关键词】：共形阵列天线 互耦 幅相误差 阵元布局 阵列形变
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及研究现状10-13
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2 研究内容及意义13-14
• 1.3 研究目标14
• 1.4 论文章节安排14-16
• 第二章 机载阵列天线系统性能理论与技术16-28
• 2.1 阵列天线的方向图及主要性能参数16-18
• 2.2 共形阵列天线特征及研究方法18-20
• 2.2.1 共形天线及共形阵的特征18-19
• 2.2.2 共形阵天线的研究方法19-20
• 2.3 阵列建模及远场计算方法20-27
• 2.3.1 天线单元—微带贴片天线20-23
• 2.3.2 共形阵列建模23
• 2.3.3 共形阵列远场计算方法23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 互耦对阵列天线性能的影响研究28-52
• 3.1 引言28
• 3.2 互耦原理及分析方法28-31
• 3.3 有源单元方向图的合成与验证31-42
• 3.3.1 基于有源单元方向图的远场计算公式32-34
• 3.3.2 阵元分类及远场方向图合成34-39
• 3.3.3 基于有源单元方向图的互耦验证39-42
• 3.4 互耦的分析与补偿42-51
• 3.4.1 互耦分析42-47
• 3.4.2 互耦补偿及仿真分析47-51
• 3.4.2.1 互耦矩阵系数提取47-48
• 3.4.2.2 互耦补偿48-49
• 3.4.2.3 仿真分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 幅相误差与阵列布局对阵列天线性能影响的研究52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 幅相误差对阵列天线性能影响的研究52-58
• 4.2.1 阵列天线方向图函数统计52-54
• 4.2.2 幅相误差对阵列天线各性能参数的影响54-56
• 4.2.3 仿真分析56-58
• 4.3 阵列布局对阵列天线系统性能的影响58-64
• 4.3.1 阵元数目不同对阵列天线性能的影响59-61
• 4.3.2 阵列间距不同对阵列天线性能的影响61-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 共形阵列天线形变对其性能影响的研究65-81
• 5.1 引言65
• 5.2 载体表面共形阵列形变建模65-70
• 5.2.1 平面共形阵列建模65-67
• 5.2.2 A类曲面阵列建模及远场合成67-68
• 5.2.3 B类曲面共形阵列建模68-70
• 5.3 形变对共形阵天线的性能影响分析70-74
• 5.3.1 A类曲面形变分析71-73
• 5.3.2 B类曲面形变分析73-74
• 5.4 形变补偿74-80
• 5.4.1 相位补偿方法75-76
• 5.4.2 基于最小二乘的补偿方法76-77
• 5.4.3 基于傅里叶的补偿方法77-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87
• 攻硕期间取得的研究成果87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王从思,段宝岩,仇原鹰;基于最小二乘法的天线变形反射面的拟合[J];现代雷达;2004年10期

2 于斌;黄峧东;;一种新的阵元位置误差校正方法[J];探测与控制学报;2006年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵菲;共形相控阵天线分析综合技术与实验研究[D];国防科学技术大学;2012年

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本文编号：979613