空時四維共形微帶天線陣列關鍵技術研究

《空時四維共形微帶天線陣列關鍵技術研究》是依託西安電子科技大學，由李文濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：空時四維共形微帶天線陣列關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李文濤
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

共形陣列在不影響飛行器本身機動性能的前提下能夠極大的拓寬掃描範圍，因此被視為新一代飛行器雷達的關鍵技術之一。然而目前共形陣列設計存在著饋電網路複雜等一系列缺陷，而空時四維時間調製共形陣列，即在常規共形陣列的基礎上引入新的自由度- - 時間，能夠有效降低饋電難度的同時很大程度改善天線陣列的性能。.本項目將重點研究空時四維共形天線陣列設計技術。從單元設計入手，研究具有可重構功能單元與開關一體化的設計；進一步，綜合考慮陣元姿態、陣列布局等關鍵因素對陣列輻射特性的影響，給出寬頻四維共形陣列合理的布局方案。在此基礎上，研究四維共形陣列的多目標方向圖綜合設計，針對常規多目標最佳化算法求解效率較低的缺陷，設計出等級偏好的智慧型並行多目標最佳化算法，以加快最佳化問題的求解效率。然後完成四維共形天線陣列的設計、加工、製作及測試。本項目的研究目標是搭建四維共形陣列的設計平台，為進一步開展相關的四維共形陣列研究奠定基礎。

結題摘要

本項目主要針對空時四維共形天線陣的關鍵技術開展了較為深入的研究工作，主要包括方向圖可重構陣元的設計、四維共形天線陣的互耦補償技術、共形陣列陣面的設計、快速方向圖綜合技術等方面。在基金委項目的資助下共發表期刊論文18篇，其中包括16篇SCI檢索論文，2篇EI檢索論文；5篇會議論文，均為EI檢索，申請發明專利4項，並搭建了兩套實驗樣機。圓滿完成了項目的各項預期目標。具體而言，主要研究成果如下： 在天線單元設計方面：①對常規頻率可重構天線的偏置電路進行了改進，套用較少的PIN二極體即可實現多個頻段的可重構，從而簡化了偏置電路。②通過改變饋電方式，提出了一種對稱結構的E形方向圖可重構天線，其工作頻段能夠保持恆定。③針對雙頻套用需求，設計了一款雙頻帶方向圖可重構微帶天線，該天線具有波束覆蓋範圍廣，結構簡單，低成本，易加工的優點。 在單極化四維共形陣列的功率方向圖綜合方面：①針對四維共形天線陣列的互耦分析問題，搭建了互耦條件下單極化四維共形陣列的數學模型。②以改善時間調製陣列增益和簡化陣列結構為出發點，提出了一種全新的相位調製陣列，該陣列能夠僅用延時線和射頻開關實現低副瓣波束掃描，省去衰減器和移相器，從而達到簡化陣列結構的目的。③將交替投影算法（APM）套用於空時四維陣列綜合中，提出了一種基於APM的空時四維陣列方向圖實時綜合算法，實驗結果驗證了該算法在實時陣列綜合方面的優越性。 在全極化四維共形陣列的功率方向圖綜合方面：①提出一種基於單峰曲面最佳化的四維陣列低副瓣方向圖綜合方法，該方法能夠有效提高共形陣列低副瓣方向圖的綜合能力和綜合結果的穩定性。②針對空時四維共形天線陣列最佳化設計中對副瓣、邊帶電平及窄主瓣寬度等不同需求，提出了動態自適應的多目標雜草進化算法（MOIWO）以及改進的多目標差分進化算法（IGDE）。③通過引入新的個體競爭擇優交叉運算元和精英個體控制策略，提出了改進的非支配排序遺傳算法（INSGA-II），並將其套用於空時四維陣列中陣元開關的導通時間以及持續時間最佳化設計中。 在四維共形天線陣研製方面，搭建了一套8單元單極化柱面共形四維天線陣實驗樣機，實現了-21.77dB的副瓣電平以及-18.79dB的邊帶電平。