基于振動與互耦分析的有源相控陣天線單元設計與電性能仿真.pdf

1、有源相控陣天線(APAA)作為典型的機電結合系統(tǒng)，由于隨機振動、加工誤差、互耦變化等因素，嚴重制約著高性能、高頻段、大帶寬、超低副瓣相控陣天線的實現(xiàn)。因此在設計過程中，不僅要對天線單元及陣列的輻射特性進行分析研究，而且需要找到 APAA結構與電磁之間的耦合關系，以在天線結構方案設計、制造加工過程中進行理論指導。本文在前人的基礎之上，對 APAA單元設計、隨機振動對APAA電性能影響、考慮陣元互耦的APAA機電耦合模型進行了研究，主要包括

2、以下內(nèi)容：
　　(1)根據(jù)準八木天線具有頻帶寬、增益高、體積小、重量輕、成本低等特點，選擇其作為機載 APAA輻射單元，并利用 HFSS對準八木天線單元的結構參數(shù)進行了參數(shù)化掃描分析及優(yōu)化，優(yōu)化后的天線單元相對帶寬達到28％。同時對優(yōu)化后的天線單元設置主從邊界條件，仿真分析了互耦對16′16面陣的掃描特性的影響。由于互耦的存在，在0o到60o的掃描過程中，天線增益降低(最大達3.19dB)，副瓣電平抬高(最高達0.98dB)，波束

3、指向與理論值存在偏差(最大相差05. o)。
　　(2)建立了不考慮陣元互耦的APAA機電耦合模型，并利用ANSYS軟件對某型X波段10′10機載APAA結構做隨機振動分析，得到每個輻射單元的位置偏移量。再利用所建立的APAA機電耦合模型，仿真了戰(zhàn)斗機機載振動環(huán)境下 APAA的電性能。由于振動的影響，天線增益下降0.65dB，副瓣電平抬高達2.54dB。利用此模型可預測隨機振動變形對APAA電性能的影響，指導結構設計。
　　

4、(3)在已建立的APAA機電耦合模型基礎之上，考慮陣元互耦，建立了更能準確反應APAA真實工作環(huán)境的機電耦合模型。通過對考慮陣元互耦的31單元均勻線陣及5×5單元面陣MATLAB軟件編程與HFSS建模，仿真分析了它們在理想情況下和結構誤差條件下的電性能。耦合模型計算的31單元均勻線陣增益在兩種情況下與HFSS計算的結果分別相差0.14dB和0.05dB，副瓣電平分別相差0.18dB和0.02dB；5×5單元面陣增益與HFSS計算的增益分