有源相控阵天线电磁响应的不确定性分析

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cao678
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
相控阵天线是一类能通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。其中,有源相控阵天线凭借其具有多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优势得到了快速发展。在有源相控阵天线的制造过程中,会产生如馈电误差、材料缺陷、尺寸偏差等制造误差,这些误差都会对天线的电磁响应造成一定的影响,甚至导致系统性能指标的恶化。针对这一问题,本文研究制造误差不确定性对有源相控阵天线整机电磁响应的影响。具体针对其中的两个科学问题进行研究:一是在使用仿真软件分析无源微波器件的电磁响应变化范围时,由于其昂贵的时间成本,传统的蒙特卡洛模拟的不确定性分析方法并不适用;二是相控阵天线系统组成复杂,如何分析系统各部分,如功分网络、发射/接收组件和天线单元的制造误差对各部分电磁响应的影响,并将其综合考虑,分析制造误差对天线整机电磁响应的影响。为了解决上述问题,本文提出一种基于模型降阶和蒙特卡洛模拟的算法来分析无源微波器件电磁响应的不确定性;并在此基础上,结合区间分析算法来分析相控阵天线整机电磁响应的变化范围。本文的具体研究工作如下:(1)提出了一种面向无源微波器件电磁响应的参数化降阶模型的构建算法。在算法中,使用特征正交分解求解最优基,对模型进行降阶处理。将分解后求得的物理尺寸参数与电磁响应的展开系数之间构建代理模型,实现模型的参数化。该方法可以替代原有的数值仿真软件,实现电磁响应的快速分析。该方法能同时应用于无源的天线和无源馈线的分析,且能分析方向图、散射参数等电磁响应。本文详细叙述了算法的实现过程,并用数值测试算例、天线单元和功分网络来验证所提出的算法。结果表明,所提出的方法能建立高精度的电磁响应数值模型,可以替代耗时巨大的软件仿真。(2)提出了一种面向参数化降阶模型的多点并行自适应加点算法。该算法基于维诺图分解的原理,可实现参数化降阶模型的自动构建。该加点算法在每次迭代时可自适应选取多个更新点,利用计算机的并行技术进行仿真计算。当所建立的参数化降阶模型达到收敛精度后,对模型执行蒙特卡洛模拟完成不确定性分析。将所提出的算法应用于两类天线和一个功分网络的制造误差的不确定性分析,并实际加工了其中一类天线进行实验验证。针对论文中的3个工程算例,结果表明,与软件仿真相比,所提出的算法在保证结果精度的同时,节省了大约14~110倍的仿真时间,证明了本文方法的有效性和高效性。(3)提出一种分析制造误差不确定性对有源相控阵天线整机方向图影响的方法。该方法在参数化降阶模型和高斯过程代理模型的基础上,结合区间分析算法来分析有源相控阵天线阵列方向图的不确定性。首先对整机系统的阵列方向图进行表征,再使用之前提出的算法对整机系统中的功分网络、发射/接收组件和天线阵面的电磁响应进行降阶建模分析,之后利用区间分析算法来计算出整机阵列方向图的变化范围。最后通过分析一个四通道有源相控阵天线验证了本文方法的有效性。(4)开发了一套相控阵天线电磁响应的不确定性分析软件。基于本文所提的不确定性分析算法,使用C++和Matlab软件平台,开发了一套不确定性分析软件,将本文算法更好地应用于工程分析中。
其他文献
有源相控阵天线不同于传统机械转动扫描形式,是用电子扫描技术实现天线波束指向改变并进行波束扫描的天线。相对传统的机械扫描式天线,有源相控阵天线的优点有:测量精确度高,扫描速率高,能够快速改变天线波束指向;体积较小,故障率较低,通过替换单元,方便维修;多目标跟踪扫描能力强。已广泛应用于各种武器系统中,在成为国防领域中核心部件之一,具有广阔的应用前景。其中发射/接收组件(T/R组件)用于激励各辐射天线单
LFMCW恒定差拍体制无线电高度表在现代飞行器导航中发挥着重要作用,随着应用场景越来越复杂,其在使用中也出现了测高不稳定的现象。高度表测高不稳定时,严重干扰了载机的正常飞行和任务的执行,甚至威胁飞行安全。由于恒定差拍体制高度表在跟踪状态下才能正常测高,本文针对测高不稳定这一问题,围绕高度表信号处理,研究影响高度表稳定跟踪的原因及提升跟踪性能的方法,利用FPGA完成改进后的信号处理算法。论文的主要工
随着有源相控阵天线朝着高密度、高功率发展,其温度场与电磁场之间的耦合日益显著,从而导致天线增益下降,副瓣抬高,指向偏差增大,即存在显著的热电耦合效应。为此,工程上普遍根据仿真分析的结果进行补偿,然而仿真模型往往忽略了天线理论模型与实物模型之间的误差以及阵面温度不均匀对天线电性能的影响,导致建模不准确,进而无法对天线电性能进行有效的补偿。本文针对有源相控阵天线热电耦合问题,重点研究了天线热电耦合建模
中国共产党因人民而生,为人民而兴,依靠人民铸就百年辉煌,在百年的奋斗征程中始终把人民利益放在至高无上的位置。学思感悟百年辉煌党史,必须牢记“中国共产党是什么、要干什么”的根本问题。人民至上的理念深刻阐明了这个根本问题,指明了中国共产党是来自人民、要造福人民,同时必须紧紧依靠人民,是新时代对党的初心与本色、对马克思主义人民观和中华传统优秀文化中民本思想的传承和创新。回望百年辉煌党史,彰显了党坚持人民
天线是信息时代的“千里眼”和“顺风耳”,在通讯、导航、探测等信息感知系统中具有极为重要的价值。随着电子装备朝着高频段、高增益、大带宽、高密度、小型化的方向发展,对天线的集成度和带宽提出了越来越高的要求。然而,传统设计方法难以协调尺寸和带宽的矛盾,加之随着工作频段的提升,结构参数对天线性能的影响也日益显著,如何实现小型化、大带宽天线的稳健设计成为一个亟待解决的难题。本文提出了基于一种区间-随机混合模
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是主动式侧视雷达系统。该系统在环境,考古,军事等方面具有广泛的应用,可以产生高分辨率的图像,并能在任何时间、任何天气条件下工作。然而其特殊的成像机制导致SAR图像受斑点噪声的影响十分严重。作为SAR图像解译的基础工作,SAR图像分割是指将一幅SAR图像划分为一些不重叠的、连贯的区域,在同一区域内的像素具有相似性,而不同区域之间
频标比对技术作为处理周期性信号等频率信号最常用的方法,在GPS导航、天文测量、计算机技术、电子技术等方面应用广泛。频率差异较大的两个信号进行相位比对,通常需要对频率进行归一化处理,使得系统变得复杂,不利于频标比对技术在宽范围测量领域的使用。本文通过对传统相位比对方法的研究,引入广义相位处理的概念,将标称值不同的频率信号之间的相位比对延展到相位群中,在相位群中对异频信号进行研究。在单个周期内,相位差
当今时代,电子设备所面临的电磁兼容问题越来越突出,其电磁兼容性已经成为影响其能否正常工作、发挥作用功能的主要因素。因此,如何对电子设备进行电磁兼容故障高效的诊断是重要且亟待研究的课题。本论文利用故障树的分析方法,并针对传统静态故障树无法描述系统动态失效模式的不足,引入动态故障树分析法,对存在电磁兼容故障的电子设备进行电磁兼容故障树的建立,并对建立的故障树进行动态子树与静态子树相结合的分析,得到分析
星载天线正在朝更大口径、更高精度方向发展,由于受到运载工具的限制,轻质量、高收纳比的设计要求给研究人员提出了愈发严峻的挑战。环柱型网状可展开天线具备实现百米级口径星载天线的潜力,是未来大口径天线的主要形式之一。本文对此类型天线结构设计进行了系统研究,开展的主要工作如下:1.提出了一种改进的环柱型网状可展开天线结构方案。为了实现百米级大口径天线的高收纳率和高刚度,首先,利用可折展的铰接式空间桁架结构
相控阵天线在服役过程中,外界环境温度的影响以及内部T/R组件过高的功耗等,会导致天线阵面温度的不均匀,进而影响天线馈电网络的输出电流,导致电性能下降。为解决上述问题,本文提出了基于不完备信息温度场重构的电性能补偿方法,论文完成的主要内容包括:1、提出了一种不完备信息下的天线温度场动态重构方法。该方法实现了温度场的实时计算,并且达到了提前一个时刻预估温度场的目的。本章用本征正交基分解(POD)的方法