第4章天线综合优秀课件.ppt

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1、第4 章 天线综合第1 页，本讲稿共34 页非均匀幅度分布的直线阵u u n ne e为偶数时，根据直线阵场强相加可以得到：为偶数时，根据直线阵场强相加可以得到：式中 式中2第2 页，本讲稿共34 页非均匀幅度分布的直线阵u u n no o为奇数时 为奇数时 式中 式中3第3 页，本讲稿共34 页非均匀幅度分布的直线阵u u 例如一 例如一9 9 单元点源阵列，间距 单元点源阵列，间距/2/2，等幅同相，等幅同相 馈电 馈电。4第4 页，本讲稿共34 页5 Dolph-Chebyshev 综合（最优分布）对于指定的旁瓣电平，其第一零点波束宽度为最窄；反之，对于指定的波束宽度，其旁瓣电平最低。

2、综合得到的方向图为(NT为阵元数量)由于主瓣与副瓣之比r1，因此其中M=NT-1,第5 页，本讲稿共34 页6 将阵列多项式与Chebyshev 多项式进行匹配，使阵列的副瓣占据 的区域，阵列的主瓣位于z0 1 的区域，有 当NT 为偶数、阵元间距dx/0.5时，所需激励如下:第6 页，本讲稿共34 页7 设计步骤：1.选取与阵列如下多项式同幂次（m=n-1）的切比雪夫多项式对于偶数个阵元对于奇数个阵元第7 页，本讲稿共34 页82.选取主瓣与副瓣之比r，并从下式中解出x0.引入新的总量w，使得此时。以w 取代 中的变量x，令故波瓣图多项式 和 便可表示为w 的多项式。第8 页，本讲稿共34

3、页93.使切比雪夫多项式和阵列多项式相等，即由此可解出阵列多项式的系数，然后得到阵列的口径电平分布。详见J.D.Kraus 天线Dolph-Chebyshev 分布的八源阵举例阵列综合的实质是以Chebyshev 多项式表示阵列多项式。第9 页，本讲稿共34 页10 乌特沃特综合法一个均匀照射的阵列方向图有着如下的形式：均匀照射的阵列方向图是一组正交波束的叠加，因此可以用来综合所需要的方向图。一个长度为 L=Ndx的阵列，在u 空间中将有N 个波束覆盖大小为(N-1)/L 的扇区，第10 页，本讲稿共34 页11 第i 个波束由如下的相位步进 激励：其中n 取值与i 相同，方向图函数如下：给定

4、的方向图函数E(u)可以由在ui上的N 个取样近似：在每个阵元上的总电流即是形成所有波束的电流之和。对于第n 个单元有：第11 页，本讲稿共34 页12 正交波束 平顶方向图的综合第12 页，本讲稿共34 页13 由乌特沃特法综合得到的64个点源阵列的脉冲形方向图 sinc 基函数（i=-13）第13 页，本讲稿共34 页14 泰勒综合法 对于大型阵列，Dolph-Chebyshev 综合方法得出的是单调的口径分布，因此该方法会导致口径tapered efficiency 降低.泰勒指出，由于Chebyshev 方向图的所有副瓣电平均相等，因此导致tapered 效率的损失。对于大型阵列，这就

5、意味着更多的能量将集中于副瓣内。第14 页，本讲稿共34 页15泰勒建议，可以设计这样的方向图函数，使得靠近主瓣的方向图零点类似于Chebyshev 方向图，但远离主瓣的零点位置对应于均匀分布的情况。由泰勒综合法得到的64个点源阵列的方向图第15 页，本讲稿共34 页16副瓣比 r 即是F0 在z=0 的值：以上的理想方向图对应于另 一类Chebyshev 方向图，其零点位置在：第16 页，本讲稿共34 页17为了匹配两类零点，泰勒引入尺度因子，通过调整零点的位置zn 来拉伸空间因子，以使其中一个零点对应于。新的方向图函数变为：所需要的口径分布可以展开为有限项的傅里叶级数，且该口径分布函数在阵

6、列的边缘处导数为零。第17 页，本讲稿共34 页18口径分布函数可以表示为第18 页，本讲稿共34 页19 Bayliss Line Source Difference Patterns 该方法通常用于脉冲系统.参数A 和 通常用于控制副瓣及其下降的情况.阵列的激励由如下公式给出：此处第19 页，本讲稿共34 页20由傅里叶级数可以算出各系数的值：在此阵列中，方向图的零点位于：第20 页，本讲稿共34 页21 For A and n,Elliott presented a table of the coefficients themselves for SLLs from-15dB to-40

7、dB in increments of 5dB.第21 页，本讲稿共34 页22 Fourier 级数法 以上求和的结果即是有限项傅里叶级数，它在u 空间是周期性的。对于一个期望的F(u)，所需激励条件可由正交性质得到：该方法常用于赋形波束的综合.第22 页，本讲稿共34 页23 由Fourier 级数法综合得到的64个点源阵列方向图。脉冲形方向图（0.4 u 0.4，F(u)=1，其他F(u)=0）第23 页，本讲稿共34 页24 Schelkunov 方法 阵因子可以写为关于复变量z 的多项式形式，其中 以上为(N-1)阶多项式，它有(N-1)个零点，因此 对于均匀照射的阵列有：第24 页

8、，本讲稿共34 页25 基于优化方法的方向图综合 GA;(R.L.Haupt,Y.Rahmat-Samii,D.H.Werner,)SA;(F.Ares,)ANN;(F.Ares,)TACO;(N.Karaboga,).PSO;(Y.Rahmat-Samii,D.H.Werner,).DE.(S.Yang,A.Rydberg,)1.Y.Rahmat-Samii and E.Michielssen,Electromagnetic Optimization by Genetic Algorithms.New York:Wiley,1999.第25 页，本讲稿共34 页26 Pattern Synt

9、hesis Using Measured Element Patterns Where e0(u)is the isolated element pattern and Cmn is an unknown coupling coefficient.The radiated signal from the whole array is1.Steyskal,and J.S.Herd,“Mutual coupling compensation in small array antennas,”IEEE Trans.Antennas Propagat.,vol.38,no.12,pp.1971-197

10、5,Dec.1990.Corresponding to an incident signal An at the nth element,the radiation第26 页，本讲稿共34 页27 Tseng-Cheng Pattern Synthesis Technique For planar array with rectangular grid,conventional synthesis approach has been to assume separable and independent current distributions in the two dimensions a

11、nd to employ the method of pattern multiplication.If a Dolph-Chebyshev excitation is used,the radiation pattern of a rectangular array is optimum only in two principal sections;the patterns in other cross sections have a much broader main beam and greatly reduced sidelobes.D.K.Cheng and F.I.Tseng pr

12、oposed a synthesis approach for scanning rectangular arrays,which will produce a Chebyshev pattern in any cross section with the same specified SLL.第27 页，本讲稿共34 页281.F.I.Tseng,and D.K.Cheng,“Optimum scannable planar arrays with an invariant sidelobe level,”IEEE Proc.,vol.56,no.11,pp.1771-1778,1968.2

13、.Y.U.Kim,and R.S.Elliott,“Extensions of the Tseng-Cheng pattern synthesis technique,”J.Electromag.Waves Appl.,vol.2,pp.255-268,1988.3.Rivas A,Rodriguez JA,Ares F,Moreno E.Planar arrays with square lattices circular boundaries:sum patterns from distributions with uniform amplitude or very low dynamic

14、-range ratio.IEEE Antennas and Propagation Magazine 2001;43(5):90-93.第28 页，本讲稿共34 页29 Consider a rectangular planar array with a rectangular boundary,and assume a quadrantal symmetry in the excitation of the array elements.With 2N 2N elements,the array sum pattern is given by The pattern was connect

15、ed to a polynomial of one variable by using the Baklanov transformation第29 页，本讲稿共34 页30 SinceWith The same formula applying for.Then a general polynomial of degree 2N-1 can be written in the form第30 页，本讲稿共34 页31 If one desired that the pattern S(u,v)have the characteristics of the polynomial,compari

16、ng these two we obtain where Tseng and Cheng Chose as the Chebyshev Polynomial.By Comparison,a2s-1 is obtained.Thus,Imn is given by第31 页，本讲稿共34 页32 In which b2s-1 is a substitution for.Again,Alternatively,using the concept of collapsed distribution,one can deduce the excitation of a linear array lai

17、d out along the X-axis that will give the same XZ pattern as does the planar array:第32 页，本讲稿共34 页33 The synthesis procedure:Design a linear array which has the same pattern as the desired pattern in any-cut plane of the planar array;Obtain the coefficients b2s-1 from the excitation distribution Im of the linear array;Obtain the planar distribution Imn from b2s-1.Example:A 20 20 square grid planar array with/2 element spacing.Target:-50dB SLL Chebyshev pattern in every-cut plane.第33 页，本讲稿共34 页34第34 页，本讲稿共34 页