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共形阵列天线因其对飞行器的气动性能影响较小,节省安装空间,可实现更大的空域覆盖范围以及能够增强战机的隐身性能等独特的优势,将越来越广泛地应用到预警机、飞艇、导弹等多种装备中。本文以机载共形阵列天线为研究对象,针对其在分析与设计过程中存在的若干问题展开研究,具体工作如下: 1.建立机载共形阵列天线机电耦合模型 针对机载共形阵列天线的机电耦合问题,建立了阵列结构误差对天线远场方向图影响的数学模型。天线中的结构误差会使单元位置偏离理想设计位置,为此,首先结合共形载体的结构特点利用柱坐标系对单元位置误差进行描述,然后将其所带来的相位差引入到远场方向图计算公式中,得到机载共形阵列天线机电耦合模型。最后通过数值仿真验证了耦合模型的正确性,该模型可为机载共形阵的机电综合设计提供理论指导。 2.推导出结构随机误差影响下机载共形阵列天线功率方向图的数字特征 考虑到天线单元安装过程中引入的误差具有随机性,而已有的关于随机误差对天线电性能影响的分析仅考察了电性能均值的变化,为此,提出一种能够确定实际电性能变化范围的方法。首先基于所建立的机载共形阵机电耦合模型得到随机误差影响下天线的功率方向图,在安装误差服从高斯分布的情况下,结合概率统计理论推导了功率方向图的均值与方差,然后在此基础上通过切比雪夫不等式得到实际功率方向图的变化范围。最后利用蒙特卡洛模拟方法验证了本文所提方法的正确性,通过仿真算例分析了不同误差大小、误差形式对阵列增益、副瓣均值的影响并进一步得到其实际变化范围。分析结论可为机载共形阵的结构公差设计提供参考。 3.机身共形阵设计 针对现有的“圆盘式”以及“平衡木式”预警机雷达设计方案的不足,研究了天线与机体表面共形的设计方案,设计了一种工作于S波段的机身共形阵。首先根据飞机的采样数据得到机身的拟合模型,然后根据增益和波束宽度要求确定单元数。进而结合机身结构特点设计了三种单元布阵形式,通过对比其电性能得到相对较优的布阵方式。考虑到本文所设计阵列的单元数目较多,为了避免在方向图综合时出现严重的幅度分布振荡问题,引入修正的伯恩斯坦多项式来表示单元幅度分布。以最小化副瓣电平为优化目标,以多项式的控制参数为优化变量建立优化模型,利用粒子群优化算法对模型进行求解,得到了满意的数值结果。