天线近远场变换算法及相关技术研究

发布时间：2017-08-31 03:19

  本文关键词：天线近远场变换算法及相关技术研究

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【摘要】：随着天线设计及测量技术在卫星、雷达等各领域的迅速发展,本文从电磁场的基本理论出发,介绍了近远场变换的新算法。通过近场测量及远场外推得到辐射体的远场方向图或散射体的雷达散射截面,从而达到精确描述天线辐射及散射特性的目的。本文首先介绍了简单天线系统中远场方向图计算方法,包括一些简单的时域变换、频域变换、数值变换,这些算法都具有各自的特点,但是不能解决大规模天线阵列中的相应问题,因为在计算复杂度、计算时间、计算误差等各方面都不能满足要求。基于此,在满足一些基本的电磁场理论的基础上,从近场扫描面的划分角度出发,给出了平面、柱面及球面远场方向图或雷达散射截面的分析。面向第五代移动通信系统的应用,针对单小区大规模有源阵列天线的测试问题,我们项目组参加了国家863项目中5G通信技术评估与测试验证技术研究的一个子课题,即：Massive MIMO平面近场扫描及远场外推技术研究。基于这里的大规模天线系统场景要求,文中以降低计算复杂度或计算内存为主要目的,介绍了适用于大规模天线阵列的近远场变换算法。文中的主要工作如下：1)平面近远场变换中,将等效电流和磁流相结合,对于等效电磁流数目小于取样点数目的情况下,使用等效磁偶矩阵,达到了降低计算时间和复杂度的要求。除了将得到的远场方向图与使用平面波谱扩展得到的值及理论值进行比较之外,还验证了三维方向图与E和H方向上方向图的一致性,给出了额外的计算时间及存储容量与扫描频点之间的关系。2)雷达散射截面的求解过程中,在基于图像算法的基础上引进了聚焦因子及校正因子,改进算法能修复非对称散射体的雷达截面。实验验证了通过二维投影能更精确的得到雷达散射截面,另外实验还给出了散射截面与扫描半径间隔之间的关系。3)球面近远场变换中,在没有掌握天线的所有参数及扫描球面的完整电磁场特性时,使用基于圆柱模式的算法能准确得出远场值。实验在不同天线及切割角度下,对重组后的远场值与FDTD算法值进行了对比,并分析了重构后的远场值与扫描距离之间的关系。
【关键词】：近远场变换 远场方向图 雷达散射截面 切割重组
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 近远场变换技术的研究现状11-13
• 1.3 主要内容及结构安排13-14
• 1.4 本章小结14-16
• 第二章 近远场变换技术16-30
• 2.1 电磁场中的基本理论16-21
• 2.1.1 Maxwell方程16-17
• 2.1.2 傅里叶变换17-19
• 2.1.3 Hankel变换19-21
• 2.2 近场及远场的介绍21-26
• 2.2.1 天线附近各区域电磁场的分布21-23
• 2.2.2 近场及远场23-26
• 2.3 近场测量及近远场变换技术26-29
• 2.3.1 近场测量26-27
• 2.3.2 近远场变换27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于等效原理的平面近远场变换30-46
• 3.1 天线模型30-31
• 3.2 基于等效原理的变换算法31-38
• 3.2.1 原理31-34
• 3.2.2 实现过程34-38
• 3.3 实验仿真与分析38-44
• 3.3.1 实验环境介绍38-39
• 3.3.2 数值分析与对比39-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 雷达散射截面的分析46-58
• 4.1 测量装置46-47
• 4.2 一种改进的基于图像的变换算法47-52
• 4.2.1 改进算子的引入47-50
• 4.2.2 雷达散射截面的确定50-52
• 4.3 实验仿真52-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 基于圆柱模式的球面近远场变换58-66
• 5.1 基于圆柱模式的变换算法58-61
• 5.1.1 待测天线的传输模态系数的计算60
• 5.1.2 探头模态系数及柱面模态系数的计算60-61
• 5.2 实验验证61-64
• 5.3 本章小结64-66
• 第六章 总结展望66-68
• 6.1 工作总结66-67
• 6.2 未来展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果74

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