频控阵关键技术研究

作     者：岳爽 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：缪晨

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：频控阵 距离-角度耦合 同心圆阵 波束聚焦 

摘      要：频控阵能够形成与角度、距离、时间相关的时变波束,克服了传统相控阵波束不包含距离和时间变量的缺点,带来了很多独特的应用优势,但是传统的频控阵存在距离-角度耦合问题。为解决波束耦合问题,本文提出了基于均匀圆阵结构和均匀同心圆阵结构的频控阵波束优化算法,只采用线性频偏即可解决波束距离角度耦合问题,且波束性能优越。本文主要研究内容和创新点如下:1、分析了频控阵的基本原理和其波束特性,讨论了频控阵波束关于距离、角度以及时间变量的周期特性。通过数学理论推导,分析了频控阵出现距离-角度耦合的原因,并说明了解决耦合问题的思路。2、讨论了解决波束耦合问题的方法。首先分析了基于优化频偏方式的波束去耦合方法,包括:对数频偏法、幂指数频偏法、基于遗传算法的去耦合方法、多载波模式解耦合算法等。然后分析了基于阵列结构的频控阵去耦合方法,讨论了利用均匀圆阵频控阵解波束耦合的优点,最后为了优化圆阵结构频控阵的波束性能,提出了基于多载波模式的均匀圆阵频控阵的波束优化方法。3、讨论了同心圆频控阵的波束优化算法,分析了同心圆频控阵的优点。为了进一步优化波束性能,提出了基于改进的同心圆频控阵波束优化方法和多载波模式的同心圆频控阵波束优化方法来优化波束在距离维上的性能,并提出等阵元数的同心圆频控阵波束优化方法来优化波束在角度维上的性能。理论及仿真结果表明,本文提出的基于均匀圆阵结构和同心圆阵结构的频控阵波束形成与优化算法利用线性频偏就可以很好地解决耦合问题以及实现波束聚焦功能,克服了传统方法必须利用非线性频偏才能实现波束聚焦的缺点。波束性能对比结果表明,本文提出的这一系列波束形成与优化方法所形成的波束性能优越。