共形阵列天线技术的发展及其应用

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1、1.引言・2・2.共形阵列天线的研究及发展历程・2・3.共形阵列天线的特征以及优缺点-3-4.共形阵列天线的分类-4-5.共形阵列天线分析方法-5-5.1电力、表面法・6・5.1.1模式法・6・5.1.2积分方程和矢量法-6-5.1.3时域有限差分法-6-5.1.4有限元法-6-5.2电大表面法-6-6.共形阵列天线方向图综合・7・6.1形状优化-8-6.2常用的综合方法-8-6.2.1.环形阵列的傅立叶法・8・6.2.2.口径投影法-8-6.2.3.交错投影法-9-6.2.4自适应阵列法-9-6.2・5最力、均方法LMS(1eastmeansquare

2、)・9・7.共形阵列天线的研究和应用・9・8.结语-10-【参考文献】-10-共形阵列天线技术的发展及其应用1.引言共形天线是一种和物体外形保持一致的天线，它要和事先规定的物理外形共形。研究共形天线阵列的目的是要建立一种能够和物体结构相融合，不会带来额外负担的天线，同时在天线集成时，在各类环境下能较少的被干扰且不易被人眼发现。在现代军事防御系统中要求具有隐形特性。在IEEE标准定义中(IEEEStcl145-1993),给出的关于共形天线的定义山：2.74共形天线【共形阵列】：和物体外形保持一致的天线和天线阵，这里的物体外形是由非电气因素决定的，例如空气

3、动力学因素和流体力学因素。严格意义上讲，这个定义也适用与平面阵列，只要这种平面阵列不是有电气因素决定，不过通常所指的共形阵列天线一般会是圆柱形、球形等。其辐射单元安装在平滑弯曲的物体表面或集成在物体之中，由几-i-±n分布在弯曲表面上的单独的天线单元组成。共形阵列天线是当代天线技术的重要发展之一，对包括雷达、通信、电子战等领域以及平台设计都将带来深远影响和革新。2.共形阵列天线的研究及发展历程共形阵列的起源至少可以追溯到20世纪30年代，Chireix在1936年分析了一个排列成圆形的环形偶极子阵列系统⑵。后来，到50年代，出版了一些关于这个课题的出版物

4、。由于环形阵列具有螺旋对称性，这使其很有吸引力•适当调整相位可以产生能在360度方位扫描的定向波束。可用于广播、通信，后来也被用于导航和测向。二战期间徳国研制了被称作Wullenweber的用于无线电情报收集和测向的高频环形阵列。战后在伊利诺斯州立大学研制了一个实验用的Wullenweber阵列⑶。在冷战时期其他国家也建造了许多类似系统，有些被沿用至今。这期间位于圣迭哥的美国海军电子实验中心做出了大量重要的共形阵列领域研究成果，包括在圆柱阵列圆锥阵列及其馈电系统的进展。20世纪末人们再次对共形阵列天线的研究产生兴趣，在从1999年开始每两年在欧洲举办一次

5、的系列共形天线研讨会吸引了众多天线专家的兴趣。早期共形阵列天线应用在一些载体的表面上，如导弹蒙皮、RPV(RemoteControlVehicle遥控飞行器)或飞机、火炮弹头或载入运载工具±，4,0第一个共形阵天线是使用在圆柱形薄圆筒上的典型的一对卷筒印制电路缝。为了给出适当的圆弧曲线，使用了两个或更多的缝。2.共形阵列天线的特征以及优缺点为了更清晰的了解共形阵列天线，在这里我们用平面阵列作为比较。相比平而阵列天线，共形阵列有以下优点⑶：1.角度覆盖更宽广；2.因为与物体共形所以剖面低，且不影响载体的空气动力学特性；3.可用口径增加，可提供窄波，且天线增

6、益较高；4.安装天线的自由度更高，雷达散射截面更低；5•节约载体空间。同时，由于共形阵列天线研究起步相比较平而阵列而言较晚，结构复杂，分析综合程度较低，因此在工程设计和理论分析上有一些困难I叫1•共形阵列的天线单元呈非对称分布，单元间多路径耦合，因此共形阵列的耦合更复杂给计算造成了诸多困难；2.共形阵列天线各单元指向互不相同，结构复杂，难以在所需角域中保持相同的极化；3•共形阵列的各天线单元辐射方向的不同，使得分析计算共形阵列的方向图是不能使用常用的方向图乘积定理和周期结构理论；4.阵列馈电系统的设计因共形阵列的曲面结构而变得复杂困难。共形阵列和平而阵列

7、的详细比较如下表：表1.平面阵列和共形阵列天线的比较⑴平面阵列共形阵列技术成熟尚未完全开发分析工具有正在研究波束控制相位，幅度固定幅度和相位极化可以使用单极化（双极化更理想）需要进行极化控制，特别是双曲面时增益随着扫描的增加而降低根据形状可控频率带宽通常是20%比平面阵列的宽角度覆盖通常限于±60。非常宽，半球RCS大较小安装平面安装同结构融为一体天线罩存在像差效应无常规天线罩，没有视觉误差电子封装如果曲面较大，大小会受限如果曲面较大，大小会受限2.共形阵列天线的分类随着共形阵列在飞行器和各种高速运动物体上的应用，共形阵列的研究和发展也取得了巨大的进步，

8、由最初的圆环形阵列发展到了各种样式，共形阵列按形状可分为下面儿类：1•球面共形阵