天線罩的高低頻分析與優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、帶罩天線系統(tǒng)因具有適應(yīng)各種嚴酷工作環(huán)境的能力，在軍事與民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。天線罩在保護天線工作的同時，也不可避免地影響到天線的輻射特性。帶罩天線系統(tǒng)電磁特性的研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文針對帶罩天線系統(tǒng)的電性能分析與優(yōu)化設(shè)計問題進行研究，主要的研究工作可以歸納為以下幾個方面：
　　1.基于低頻方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析及其近區(qū)障礙物影響分析的有限元—邊界積分法和基于體積分方程的矩量法，推導(dǎo)了天線罩表面電

2、磁場以及輻射場的計算公式、障礙物表面電流與電磁場的計算公式；研究了介質(zhì)板的厚度、長度、傾斜角和曲率等罩面擾動因素對介質(zhì)板表面場與近場分布特性的影響；考慮天線的不同掃描角度，研究了天線罩抗燒蝕頭尺寸、底部形狀等因素對天線遠場和掃描角度偏移的影響規(guī)律。
　　2.基于高頻方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析的口徑積分—表面積分法與射線追蹤法，推導(dǎo)了帶罩天線輻射場計算的相關(guān)公式；重點研究了高頻方法的計算有效性問題，對比分析了

3、不同罩壁厚度、曲率、照射方向時高低頻計算結(jié)果的差異，針對圓形天線罩、罩頂部曲率擾動和夾角變化、罩壁局部和連續(xù)擾動、以及罩頂波紋擾動等多種天線罩結(jié)構(gòu)，研究了影響高頻方法計算精度的主要因素，確定了基于局部平板近似的高頻方法分析天線罩問題的適用范圍。
　　3.基于高低頻混合方法的天線罩電磁特性分析：研究了天線罩電磁特性分析的混合有限元—物理光學(xué)法與混合物理光學(xué)—矩量法，推導(dǎo)了天線罩表面電磁流的迭代計算公式，以及用于改進有限元計算的兩類耦

4、合邊界條件，提出了適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)天線罩分析的混合體積分方程—物理光學(xué)法；對比分析了不同迭代次數(shù)與計算區(qū)域劃分時，混合方法所計算出的天線罩表面場與遠場的差異。結(jié)果表明：對混合有限元—物理光學(xué)法的改進有效提高了其精度，而混合體積分方程—物理光學(xué)法在低頻區(qū)域長度較短的情況下也具有較好的準確性。
　　4.天線罩電磁特性優(yōu)化設(shè)計：研究了天線罩壁厚度的高效優(yōu)化方法以及具有鏡像瓣抑制特點的罩壁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；在推導(dǎo)分析射線追蹤法計算帶罩口徑天線輻

5、射場公式的基礎(chǔ)上，提出用于反映天線罩瞄準誤差與透波率特性的等效口徑重心與平均相對電平的概念，結(jié)合粒子群算法研究了A夾層天線罩的芯層厚度快速優(yōu)化問題；提出了一種粗糙化天線罩內(nèi)部輪廓的鏡像瓣抑制方法，在推導(dǎo)分析均勻介質(zhì)板透射遠場與傳輸系數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，定義了非均勻介質(zhì)板的等效傳輸系數(shù)與反射匯聚系數(shù)的概念，研究了具有周期性輪廓波動的介質(zhì)板在不同波動形狀、波動高度、波動周期下的反射與透射特性，以及周期性內(nèi)部輪廓波動對于整罩鏡像瓣特性的影響。結(jié)果

6、表明：通過在適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)造中用等效口徑場參數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的遠場參數(shù)，能夠顯著提升進化算法的優(yōu)化速度；通過合理設(shè)計天線罩內(nèi)部的輪廓波動，能夠在不影響主瓣的同時，有效達到鏡像瓣抑制的效果。
　　5.天線罩電性能的一體化優(yōu)化方法：研究了基于數(shù)字移相器的天線罩瞄準誤差快速優(yōu)化技術(shù)以及基于自適應(yīng)算法的帶罩天線系統(tǒng)優(yōu)化方法；研究了用低位移相器實現(xiàn)最佳數(shù)字相位優(yōu)化的離散粒子群算法，提出了基于先驗信息的改進粒子群瞄準誤差優(yōu)化算法，推導(dǎo)建立了用于提升優(yōu)

7、化速度的輻射關(guān)系矩陣，完成了變掃描角的帶罩陣列天線針對瞄準誤差的數(shù)字相位快速優(yōu)化；推導(dǎo)了基于最小均方誤差準則的天線方向圖自適應(yīng)優(yōu)化算法公式，給出了自適應(yīng)陣列天線—罩系統(tǒng)的方向圖優(yōu)化方法，并針對主瓣方向、旁瓣電平、零陷位置等要求，結(jié)合粒子群算法進行了優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明：基于數(shù)字相位與先驗信息的瞄準誤差優(yōu)化方法能夠能夠有效降低移相器的數(shù)字量化誤差，并具有收斂速度快、計算效率高的優(yōu)點；而基于自適應(yīng)算法的優(yōu)化方法能夠在補償天線罩引起的輻射損耗的

8、同時，有效實現(xiàn)方向圖的優(yōu)化要求。
　　6.帶罩天線系統(tǒng)散射對消技術(shù)：研究了帶罩天線實現(xiàn)對消式隱身的設(shè)計方法，建立了具備對消功能的帶罩陣列天線優(yōu)化模型，設(shè)計了對消波束與天線主波束賦形優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)成方法，提出了用射線追蹤法結(jié)合口徑積分—表面積分法計算罩內(nèi)天線平板散射場的方法；分別針對罩外散射體與罩內(nèi)天線散射的對消問題，進行了基于陣元激勵幅度與相位調(diào)節(jié)的對消波束與主波束賦形優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明：疊加主波束與對消波束激勵得到的遠場方向