面向機電耦合的微波天線隨機與系統(tǒng)誤差的分析與綜合.pdf

1、隨著微波天線向著大口徑、高頻段、高增益、高指向精度的方向發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)與電磁部分之間的機電耦合問題也越來越突出。本文在機電耦合理論的基礎(chǔ)上，以微波天線中的典型案例—反射面天線和陣列天線為研究對象，系統(tǒng)而定量地研究了隨機和系統(tǒng)誤差對其電性能的影響。
　　建立了計及隨機與系統(tǒng)誤差時反射面天線的平均功率方向圖模型?；陔S機誤差在反射面上呈距離相關(guān)性高斯分布的假設(shè)，推導(dǎo)出面板加工誤差和與之通過調(diào)節(jié)螺栓相連的背架安裝誤差造成的任意兩點相位誤

2、差之差的均值表達式。結(jié)合系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的饋源軸向偏焦問題，給出了系統(tǒng)誤差存在時錐削照射相關(guān)函數(shù)的解析表達式，進而得出了隨機和系統(tǒng)誤差共同作用下的平均功率方向圖模型。以某6.2米口徑反射面天線為例進行了仿真分析，研究了隨機誤差和系統(tǒng)誤差對天線增益、副瓣電平等電性能指標的影響，并給出了有參考價值的結(jié)果數(shù)據(jù)和曲線。
　　提出了一種基于面板分塊的加工誤差對反射面天線電性能影響的計算方法。根據(jù)實際反射面天線面板獨立加工制造的特點，把其分成不同

3、環(huán)、同環(huán)不同塊以及同環(huán)同塊三部分。首先計算單塊面板場強的均值，兩兩相乘得到不同塊面板在遠場的平均功率。其次定義了不同位置處加工誤差的相關(guān)函數(shù)，在單塊面板的面積內(nèi)完成了同塊面板平均功率的四重數(shù)值積分。最后將三部分的面板功率疊加，得到了整個天線的平均功率，并分析了不同加工精度及分塊方式對反射面天線電性能的影響。
　　提出了一種基于B樣條擬合與Moran's I空間統(tǒng)計分析的組合來診斷反射面天線表面誤差的方法。首先根據(jù)反射面天線為半封閉

4、曲面的特點，確定了反射面的參數(shù)方向以及參數(shù)化方法，然后用u，v兩個方向的B樣條曲線來擬合反射面天線的表面，建立起該確定性曲面的回歸模型。其次基于Moran's I的空間統(tǒng)計方法對該回歸模型的殘差進行空間獨立性分析，分離出隨機誤差和系統(tǒng)誤差。最后，以某3.7m反射面天線為研究對象驗證了該方法的實用性。
　　研究了結(jié)構(gòu)誤差導(dǎo)致的單元極化差異對陣列天線極化特性的影響。以平面陣列天線為研究對象，考慮陣面變形后振子單元位置的偏移和指向的偏轉(zhuǎn)

5、，得到各單元的局部坐標系。通過三次坐標轉(zhuǎn)換建立全局到任意局部坐標系變換的統(tǒng)一框架，以此為基礎(chǔ)計算每個單元的全局極化方向圖，進而利用遠場疊加原理得到了天線陣的遠場極化方向圖。以某9×5元面陣為例，仿真得出了相關(guān)數(shù)據(jù)和曲線，可為陣列天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供相應(yīng)的指導(dǎo)。
　　基于機電耦合理論研究了對數(shù)周期天線結(jié)構(gòu)變形對其電性能的影響。基于對數(shù)周期天線電性能計算方法與結(jié)構(gòu)變形分析，考慮變形后各振子單元激勵電流、位置偏移及指向偏轉(zhuǎn)的變化，建立了初