基于矩量法的阵列天线互耦特性研究
本文关键词：基于矩量法的阵列天线互耦特性研究 出处：《电子科技大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：互耦严重地影响到了阵列天线的性能,引起辐射方向图的失真和输入阻抗变化而导致的输入端口不匹配,因此要设计出性能优越的阵列天线,必须考虑互耦效应。矩量法作为一种有效的数值计算工具,可以准确的分析阵列的互耦特性。本文采用矩量法对空间耦合形式的偶极子天线阵和表面波耦合形式的微带天线阵的互耦效应进行分析和研究;同时基于子阵的思想,研究了大阵辐射场计算和大阵方向图补偿的问题。论文主要工作和研究成果可概括为:1.运用矩量法研究了偶极子阵列天线的互耦特性。根据电磁场的边界条件,将波克林顿方程应用到天线阵上,再用矩量法求解方程。针对互耦对阵元馈电端口的影响,研究了互耦与阵元互阻抗、输入阻抗和电流分布之间的关系;针对互耦对阵列辐射特性的影响,研究了互耦对均匀阵、低副瓣泰勒阵和波束扫描阵的方向图的影响。2.运用矩量法研究了微带阵列天线的互耦特性。首先根据等效原理和边界条件,得到用于求解三维金属导体与介质体混合结构的体-面结合积分方程,选用能有效减少求解未知量数的无散基函数离散介质结构,用缝隙电压源模型作为馈电模型,然后利用相关算例对计算结果进行验证。最后研究了两种不同排列方式的二元微带阵,主要分析了互耦对阵列单元反射系数、谐振频率、阵列的效率、方向性系数和增益的影响。3.针对受计算机资源限制导致大阵辐射场难以计算的问题,研究了基于小阵电流分布和互耦阻抗矩阵两种方法。基于小阵电流分布计算大型阵列天线的电流分布,快速准确地计算出了大型线阵和面阵的辐射方向图;传统的阻抗矩阵外推法忽略了较远距离阵元的影响,本文利用二元阵互阻抗填充忽略了的互阻抗,使传统的阻抗矩阵外推法计算得到的辐射场更精确。4.针对大型阵列天线的互耦补偿问题,提出了利用小型阵列天线的耦合补偿矩阵计算大阵的耦合补偿矩阵,可以对大型阵列的方向图进行有效的补偿。
[Abstract]:Mutual coupling seriously affects the performance of array antenna, which leads to the distortion of radiation pattern and the mismatch of input port caused by the change of input impedance. Therefore, the array antenna with superior performance should be designed. It is necessary to consider the mutual coupling effect. The method of moment is an effective numerical calculation tool. In this paper, the method of moments is used to analyze and study the mutual coupling effect of the spatial coupling dipole antenna array and the surface wave coupling microstrip antenna array. At the same time, it is based on the idea of submatrix. The problems of radiation field calculation and compensation of large array pattern are studied in this paper. The main work and results can be summarized as follows:. 1. Based on the boundary conditions of electromagnetic field, the mutual coupling characteristics of dipole array antenna are studied by using the method of moments. The Boltzian equation is applied to the antenna array, and then the equation is solved by the method of moments. The relationship between the mutual coupling and the mutual impedance, input impedance and current distribution of the array elements is studied in view of the influence of the feed ports of the cross-coupling elements. Aiming at the effect of mutual coupling on the radiation characteristics of array, the mutual coupling pair uniform array is studied. The influence of the pattern of low sidelobe Taylor array and beam scanning array. 2. The mutual coupling characteristics of microstrip array antenna are studied by using the method of moments. Firstly, according to the equivalence principle and boundary conditions. A body-plane combination integral equation is obtained for solving the three-dimensional metal conductor and dielectric structure. The discrete dielectric structure with nondispersive basis function which can effectively reduce the number of unknowns is selected. The gap voltage source model is used as the feed model, and then the calculation results are verified by correlation examples. Finally, two kinds of binary microstrip arrays with different arrangement are studied, and the reflection coefficients of the array elements with mutual coupling are mainly analyzed. Resonance frequency, array efficiency, directivity coefficient and gain. 3.To solve the problem that the radiation field of large array is difficult to calculate due to the limitation of computer resources. Two methods based on small array current distribution and mutual coupling impedance matrix are studied. The current distribution of large array antenna is calculated based on small array current distribution and the radiation pattern of large linear array and plane array is calculated quickly and accurately. The traditional impedance matrix extrapolation method neglects the influence of remote array elements. In this paper, binary array mutual impedance is used to fill the neglected mutual impedance. The radiation field calculated by the traditional impedance matrix extrapolation method is more accurate. 4. Aiming at the problem of mutual coupling compensation for large array antenna. The coupling compensation matrix of small array antenna is proposed to calculate the coupling compensation matrix of large array, which can effectively compensate the pattern of large array.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
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，本文编号：1380559
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