互耦对阵列天线的影响与补偿技术分析

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究背景及意义现代海战中，舰队作战指挥系统应该具有快速反应熊力，以及互联网化、系列化、模块化等特点。这对舰载雷达设备、通信设备的天线系统提出了更高的要求，随着电子信息技术的发展，作战海域的电磁环境越来越复杂，电予干扰威胁越来越严重。双方对电磁控制权的争夺，可以导致无线电电子设备不能正常工作、通信指挥失灵、雷达迷盲、电子制导失控等。随着技术的发展，要求舰载雷达系统能够拥有更强的抗电子干扰、抗反辐射导弹、抗雷达探测、抗高速反舰导弹的低空和超低空打击的能力。阵列天线是解决上述阏题的有效手段之一。为了适应快速发展的现代海战需要，提高雷达的生存能力，

2、必须提高雷达的机动性能。对予规载嵩频超视距雷达(珏ighFrequencyOvertheHorzonRadar,HFOTHR)来说，工作频率较低(3-30MHz)，相应的波长很长，则其天线阵阵面宠大，架设、拆收均穰困难。倒魏，露蘸大量在役的菜大型高频雷达，采用半波天线振子组阵，天线阵面面积将接近100平方米，只能用于执行霾定区域的警戒任务。这样庞大的面积对军耀设备来说有很多不利的因素。此外，由于舰上的空间有限，为了满足系统的要求，就要求单元天线和天线阵尽可能的小，必须考虑天线阵的小型化问题。采用小型化天线阵可以减少阵元数，简化天线结构，压缩天线阵的口径尺寸，可根据需要灵活地调动位置

3、，机动性好，同时也使军舰煮基够进行一定豹探测预警，从而提高了生存能力。在距敌舰几百公里外海平线以下的地方，用舰船发射导弹并进行地飞制导，向敌舰发动进攻，这在战术上有重要意义。但随着天线口径面的减小，天线阵阵元之间的互耦影响将加剧，势必影响小间距天线阵的天线性能。因此，研究阵元互耦对小间距阵列天线的性能影响及枣}、偿技术具有很高的理论与实践价值。哈尔滨工程大学硕士学位论文1．2阵列天线小型化的主要内容及发展概况1．2．1阵元及匹配网络设计宽带匹配是通讯、雷达和其它电子系统中经常遇到的一个关于功率传输的基本问题，通过在天线和馈线之间加入匹配网络来保证在工作频带内有合适的功率传输系数。宽

4、带匹配网络的问题最早由BobeEl】在1945年提出，他应用环路积分的方法解决了RC并联负载的宽带匹配问题，给出了这一问题的增益带宽极限。此后，Fano[2J对这个问题进行了一般性的研究，解决了任意无源负载与电阻性信号源之间的阻抗匹配问题。在1961年Fielder将Fano的方法推广到信号源内阻是复数阻抗的情况。随着电路理论获得的巨大进步，散射概念被引入到电路理论中，Youla通过引入有界实散射参量的概念，发展了Fano的研究成果，创立了新的宽带匹配理论。但在实际应用中仍然存在很多问题，如假设的功率增益函数是否最优，需要解析形式的负载，网络复杂难于综合等问题。在六十年代中期发展起

5、来的宽带匹配网络的数值方法可以克服上述解析方法的困难。在1977年Carlin提出了用于设计天线宽带匹配的实频数据法，简称实频法。它不利用解析原理，也不需要假设网络拓扑和传输函数的解析形式，而是直接处理实测数据，这种方法已经广泛应用于现代的匹配网络设计中。但该方法存在一定的局限性，如它只能针对简单的LC梯形网络结构进行设计，对于复杂一些的网络结构则无能为力；实段逼近和曲线拟合过程存在误差，设计的结果不能达到最优。近些年来，随着计算水平的发展，具有全局寻优能力的遗传算法也被引入到了宽带匹配网络的设计中。近些年来，随着计算机内存及运算速度的发展，结合加载天线所具有的多参数性，多目标性，

6、目标函数与参数之间的非线性关系等特点，一些文献将遗传算法引入到加载天线的设计。优化的参量为加载位置、加载元件值以及宽带匹配网络参数，优化目标是整个频段内的系统增益和VSWR，通过优化使得天线有一个满足系统要求的系统增益和带宽。2哈尔滨工程大学硕士学位论文国内也有一些学者对天线加载闻题进行研究，文献【4】分析了带有饪意加载、LC匹配网络各阻抗变换器的双鞭天线，并对加载和匹配网络的组成元件进行了优化。文献【5】用Fourier变换法分析了加载中馈天线的电特性，研究了各参量对天线电流分布，阻抗特性和效率的影响。文献[6】也采用了遗传算法结合矩量法对短波宽带集总鸯羹载天线优化设计，文中没有

7、将匹配网络的参数和天线参数一起作为优化参数来处理，而采用天线输入阻抗中的阻值部分的平均值俸为馈线的特性阻抗来计算驻波比，待得到一个频率特性比较平淆的输入阻抗后，再设计匹配网络。1．2-2阵列形式及阵列综合方法阵列天线小型化中很重要的一部分就在于阵列形式的选择及其相应的阵列综合方法。由于阵列小型化设计的目标之一就是在较小阵列尺寸下得到满足接收系统要求的方向性系数，这就需要用到超方向性天线原理。在同样的阵列结构情况下，如果能够得到比各阵元均匀激励情况下更高的方向性系数，则