基于远场方向图诊断相控阵天线失效阵元的方法研究

发布时间：2017-10-25 01:17

  本文关键词：基于远场方向图诊断相控阵天线失效阵元的方法研究

  更多相关文章： 失效阵元诊断 遗传算法 互耦效应 失效校准 微带阵列天线

【摘要】：阵列天线以其在波束形成和能量传输方面的优势广泛应用于声纳、雷达以及通信等系统。而大型阵列天线通常有着多达几百甚至上千的辐射单元或子阵列,为了实现较好的波束赋形和方向控制,辐射单元的馈电一般由T/R组件等有源网络控制。若其中部分组件出现故障,将导致阵列部分阵元失效,从而造成整个整列口径场发生变换,从而引起天线辐射方向图,副瓣电平等性能指标下降,严重时会影响天线的正常使用。因此,此时对天线故障单元诊断并利用有源相控阵天线具有可以通过改变他们的激励分布恢复辐射方向图的优点,减小失效阵元的影响显得尤为重要。目前对于阵列诊断最常见的方法是利用近场诊断的方法。然而近场扫描一般需要采集较多数据,测量与数据处理时间较长,而且对于不同应用环境,有时是无法进行近场扫描的。因此研究如何仅通过远场幅度方向图的数据来诊断出相控阵天线中的失效阵元然后对阵元失效后的阵列进行校准是具有重要意义的。首先分析研究了目前各种基于远场方向图诊断相控阵天线失效阵元方法,并进行对比优缺点,选取遗传算法用于诊断失效阵元问题。通过构建目标函数表征不同激励情况的阵列方向图与测量方向图之间的差距,通过遗传算法寻找与测量方向图最接近时阵列的激励情况,从而找到阵列的失效阵元的位置和数目。为了提高诊断的成功率,在遗传算法的构建中采用自适应遗传算法结合精英保留策略。并在目标函数中方向图的计算中添加阵列天线阵元之间互耦的影响。分别从线阵,大互耦的线阵并拓展到面阵,先进行理论分析计算,再利用仿真软件的仿真结果验证了采用改进的遗传算法并考虑互耦的方法在诊断阵列失效阵元中能有效的提高诊断的成功率。然后,分析研究了阵列存在失效阵元的校准方法,采用遗传算法,分别使用了阵列稀疏及优化赋形两种方式对阵列进行了阵元失效后的校准,提高了天线的性能。对阵列存在阵元失效后如何提高天线性能进行了有益探索。最后,设计一款微带印刷阵子天线阵,通过人为设置失效单元,并在微波暗室进行实测远场方向图,然后使用算法对失效阵元进行诊断。验证了文中方法在实际的工程应用中也能达到较好的效果。
【关键词】：失效阵元诊断 遗传算法 互耦效应 失效校准 微带阵列天线
【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】：TN821.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容与安排12-14
• 第二章 阵元失效对相控阵天线的影响14-26
• 2.1 引言14
• 2.2 阵列综合理论14-18
• 2.2.1 直线阵列15-16
• 2.2.2 平面阵列16-18
• 2.3 道尔夫—切比雪夫综合法18-20
• 2.4 泰勒综合法20-21
• 2.5 阵元失效影响度分析21-25
• 2.5.1 单阵元失效22-24
• 2.5.2 多阵元失效24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 基于远场方向图诊断阵列失效阵元26-43
• 3.1 引言26
• 3.2 利用遗传算法诊断失效阵元26-31
• 3.2.1 遗传算法简介26-28
• 3.2.2 适应度函数建立28-29
• 3.2.3 改进的遗传算法29-31
• 3.3 考虑互耦的阵列方向图计算31-34
• 3.4 线阵诊断34-39
• 3.4.1 线阵诊断(阵元间距 0.5 个波长)34-38
• 3.4.3 线阵诊断(阵元间距 0.3 个波长)38-39
• 3.5 平面阵诊断39-41
• 3.6 本章小结41-43
• 第四章 阵元失效后的相控阵天线优化43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 稀疏优化泰勒线阵43-46
• 4.3 阵列的重新优化赋形46-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 阵列天线设计与实验验证51-65
• 5.1 天线单元设计51-54
• 5.2 馈电网络的设计54-59
• 5.2.1 威尔金森功分器设计54-57
• 5.2.2 阵列设计57-59
• 5.3 加工与实测验证59-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间取得的研究成果70-71

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本文编号：1091395