沙漏反射面天线波束赋形的研究

论文摘要

论文主要对沙漏反射面天线的远场方向图进行了分析和综合。所做工作分为两部分:第一,应用物理光学法（PO）分析了沙漏反射面天线的远场方向图特性;第二,应用实数编码遗传算法（RGA）,通过优化馈源激励系数、改变反射面形状、混合法等,实现了沙漏反射面天线的波束赋形。主要工作如下:论文分析了单馈源在焦和离焦时沙漏反射面天线的辐射特性:讨论了馈源在焦时,旋转半径R、焦径比F/D和边缘照射电平ET等参数对沙漏反射面天线远场方向图的影响;研究了馈源分别沿轴向（Zf）和横向（Xf、Yf）离焦时,沙漏反射面天线远场方向图的变化情况。在此基础上,论文主要对沙漏反射面天线进行了波束赋形的研究。首先,通过控制沙漏反射面阵馈激励系数对远场方向图进行赋形。以7元圆环阵列为例,对水平面方向图进行优化,实现了笔形和余割平方等常见方向图。由于圆环阵列只能综合水平面方向图,本文提出了曲面阵列的方案,并以5×7的阵列为例,综合出笔形和矩形两种立体方向图,说明了该方案的可行性。接着,通过优化单馈源反射面形状实现俯仰面方向图的赋形。本文将反射面表面用Bernstein多项式和Jacobi-Fourier函数展开,通过优化展开系数,在俯仰面得到了余割平方和平顶波束。通过比较,总结了应用两种函数展开的优缺点。最后,将优化阵馈激励和反射面形状两种方法结合起来,同时实现了水平面和俯仰面方向图的赋形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 沙漏反射面天线的发展
• 1.2 反射面天线波束赋形的研究背景和发展现状
• 1.2.1 阵馈反射面天线系统
• 1.2.2 赋形反射面
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 反射面天线的基本理论和遗传算法
• 2.1 沙漏反射面天线的几何特性
• 2.2 反射面天线的电参数
• 2.2.1 方向系数
• 2.2.2 效率
• 2.2.3 增益
• 2.2.4 主极化和交叉极化
• 2.2.5 三维方向图和等值线方向图
• 2.3 物理光学法
• 2.4 遗传算法的基本原理
• 2.4.1 编码
• 2.4.2 GA 的基本操作
• 2.4.3 适应度函数
• 2.4.4 运行参数的选取
• 第三章 沙漏反射面天线辐射场的理论分析和程序验证
• 3.1 沙漏反射面天线的建模
• 3.2 反射面天线分析中的坐标转换关系
• 3.2.1 直角坐标系与球面坐标系之间的转换
• 3.2.2 直角坐标系之间的转换
• 3.3 理想馈源方向图
• 3.4 单馈源沙漏反射面天线方向图的计算与验证
• 第四章 沙漏反射面天线远场特性的仿真分析
• 4.1 单馈源在焦
• 4.1.1 R 对远场方向图的影响
• 4.1.2 F/D 对远场方向图的影响
• 4.1.3 ET 对远场方向图的影响
• 4.2 单馈源离焦
• 4.2.1 沿ZF 方向（轴向）离焦
• 4.2.2 沿XF 方向（横向）离焦
• 4.2.3 沿YF 方向（横向）离焦
• 第五章 阵馈沙漏反射面天线的研究
• 5.1 阵馈沙漏反射面天线的求解过程
• 5.2 圆环阵列馈源的设计
• 5.3 优化圆环阵馈激励实现赋形方向图
• 5.4 曲面阵列馈电的设计
• 5.5 优化曲面阵馈激励实现赋形方向图
• 第六章 赋形沙漏反射面天线的研究
• 6.1 沙漏反射面表面的函数展开
• 6.1.1 沙漏反射面表面的Bernstein 多项式展开
• 6.1.2 沙漏反射面表面的Jacobi-Fourier 函数展开
• 6.2 单馈源赋形沙漏反射面天线的求解过程
• 6.3 展开系数对沙漏反射面形状和远场方向图的影响
• 6.3.1 Bernstein 多项式展开系数的分析
• 6.3.2 Jacobi 函数展开系数的分析
• 6.4 单馈源赋形沙漏反射面天线的方向图优化
• 6.5 圆环阵馈赋形沙漏反射面天线的方向图优化
• 6.5.1 二维方向图的优化
• 6.5.2 三维方向图的优化
• 6.6 反射面用Bernstein 多项式和Jacobi函数展开的比较
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间的研究成果