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宽带频控阵天线的设计研究

宽带频控阵天线的设计研究

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作者：万珂妙电子科技大学

学位级别：硕士

相控阵天线可以通过电子控制波束来实现空间自动扫描,但不能产生与距离相关的波束,这在某些应用中受到限制。频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)雷达由于其频偏引起的独特的远场特性一直是国内外学者研究的热点问题。频控阵由于其远... 详细信息

相控阵天线可以通过电子控制波束来实现空间自动扫描,但不能产生与距离相关的波束,这在某些应用中受到限制。频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)雷达由于其频偏引起的独特的远场特性一直是国内外学者研究的热点问题。频控阵由于其远场波束的角度-距离依赖性有着良好的抗干扰能力以及目标定位性能。当前对于频控阵雷达的研究主要集中于发射波束形成,接收端的目标参数估计,但目前缺少对频控阵天线设计与实现方面的文献。因此,本文重点研究频控阵天线的设计与实现问题,主要工作包括以下三部分:(1)研究频控阵的基本特性并提出几种频控阵的实现结构。通过对频控阵基本模型的分析,了解了频控阵的周期性、分辨率以及栅瓣抑制等特性与阵列参数之间的对应关系。同时提出了三种频控阵的实现方式,通过对比分析发现采用线性调频频控阵的实现结构具有良好的性能,为宽带频控阵天线的设计奠定了理论基础。(2)研究宽带频控阵天线的设计与实现。传统频控阵通过采用频率增量产生距离-角度相关的发射波束,但频率增量误差会严重影响估计性能。本文提出了一种基于线性调频连续波(Linear Frequency Modulation Continuous Wave,LFMCW)的瞬时特性和时间延迟线的频控阵实现方法,研究设计了一个C波段(4.5GHz.5GHz)的宽带频控阵天线,通过理论分析和实验测量结果验证了线性调频频控阵(Linear Frequency Modulation Continuous Wave-Frequency Diverse Array,LFMCW-FDA)同时具有距离相关和自动扫描波束模式特征,在一些特定的雷达和通信应用中具有重要意义。(3)研究平面频控阵的波束形成。均匀线性频控阵产生与距离-角度相关的S行波束,但存在参数聚集模糊、波束方向图散焦等问题。本文提出平面频控阵的基本数学模型,重点研究了矩阵FDA和多载波线型FDA的波束形成,发现采用能量聚集波束形成算法可在期望目标区域形成良好的点波束。

关键词：线型FDA 线性调频频控阵(LFMCW-FDA) 平面FDA 能量聚集波束形成

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