主动补偿技术在可变相位阵列天线上的应用112.doc

主动补偿技术在可变相位阵列天线上的应用 摘要集成电子设备组成的极薄天线结构，可提供更好的战术部署，更好地实现无人控制平台技术。此外，针对解决微小结构产生的机械失真引起辐射波瓣极大程度的退化问题，已经有了一些创新的算法。本文提出的技术可以很好的保证波瓣各个方向上的质量，同时实现对副波瓣的控制。该技术计算过程简洁，甚至可以用来提供极大天线阵列的相位实时补偿。  摘要 1 第一章 大型可展开天线的关键技术 1 第二章 辐射波瓣的摄动 3 第三章 补偿技术 5 第四章 结论 11 第五章 参考文献 13  第一章 大型可展开天线的关键技术 电设备控制的天线质量，很大程度上依赖于辐射元素精确的周期位置。支撑诸多天线元素的平面结构的刚度，保证了天线的稳定性。刚性结构，通常是金属材料，避免了温度失真，但同时带来设计复杂，质量重，生产成本高等问题。柔性结构，可以实现结构的分段生产和安装，减少了调度运输等相关过程的费用。 然而，结构刚度的降低，环境的变化会使系统产生极大的变形，导致机械失真。载荷包括环境温度载荷、风载、冰雪载荷等，振动包括风振、机械设备在平台上的旋转振动、船的摇晃振动等。主要的挑战包括在降低天线机械结构成本的同时，保证系统具有同等的功能水平。 补偿变形影响的一种方法是，通过传感器对波信号的幅值和相位的反应，捕捉天线形状变化来修正全局辐射波瓣。这种方法中，天线是传感器实时测量绝对位移的仪器。传感器通过机械模型提供的数据，可以自动计算出来。另一种方法是把传感器的位置作为目标函数，实现阵列的自动校正。一旦得到所有的辐射源的真实物理位置，必须补偿它们对全局波瓣的影响。一些算法直接应用RF相位和振幅激励，能够实现对变形的天线恢复其高质量的波瓣。从简单的方法入手，我们基于光谱分析提出了一种新的并且更加稳健的算法，它花费少的计算时间展示了很好的结果。论文计划回顾几种不同的技术，用来降低因为设备处在辐射表面造成的退化现象。第二部分，计划列举一些可展开天线在系统中遇到的主要问题。然后，本文计划在第三部分介绍几种自动补偿机制的技术。我们一开始开发了一个相位自适应平台，然后提出一种基于相位幅值调整最小二乘法的方法，最终提出基于位移光谱分析的方法。在第四部分，文章会比较几种技术的补偿效率。文章最后总结了该方法适用的领域。  辐射波瓣的摄动 天线的辐射波瓣显示了天线的准确性，还有抵抗干扰信号的能力。变形会导致不可控制波束偏斜，还有副波瓣的增加。因此，补偿的问题在于应用仪器或者自动调节知识给出天线形状，进而恢复到可接受的辐射波瓣。 为了清楚说明，本文介绍几个常规的线性天线在平面上的公式。首先，考虑单个元素的复杂波瓣功能，因为它不受变形的影响。辐射波瓣是每一个元素在它们自己位置上的贡献总和。不考虑任何辐射表面的摄动，一个含N元素的线性天线的阵列因素是： 其中，k是辐射波频率矩阵，an是第n个元素的相对复杂激励，d是传感器间的距离。理想元素激励的决定值an取决于特定的表现，比如一些给定的变量(方向、副波瓣或特殊波瓣的特性)已经被广泛的研究。这个方法对所有的激励法则都适用。因为变形相对于天线整个尺寸是微小的，我们仅仅考虑横截面的位移。如果记第n个传感器的横截面位移为zn，辐射波瓣公式变为： 图像1展示了一个有20个阵列元间距为0.6波长的线性相阵列天线的横截面形状的例子。随机形状的最大振幅大约是0.25波长。 图1 天线在测试下的失真 图像1的位移可以看做是动力学变形中的瞬态位移，图像2展示了被测天线在随机变形下没有任何补偿下的辐射波瓣。 图2 理想和失真辐射模式 可以注意到，变形主要影响的是一个不可控制的波束偏斜和高出的副波瓣，变形甚至让主波瓣的增加有所减缓。波束偏斜包括发射和接收信号中波动相位的转换。这些直接影响了通过默认的杂乱抛弃测量的多普勒频率的转换。这些副瓣振幅的平均增加量是13dB，准确率大约是正负1度，这些都影响了天线在很多方面的应用。  补偿技术 鉴于传感器获取变形的准确性，下一步考虑应用补偿算法来实现对理想波瓣的恢复。第一客观地讲必须是指向的准确性，然后是副波瓣的管理。基于相位自适应的补偿技术，第一次作为基线问题来介绍，然后比较更复杂的方法，基于最小二乘法或者光谱分析。 1 基于相位自适应的补偿 天线最重要的约束是它的指向，相位必须精确到10-3弧度之下才能保证天线应用到雷达探物。最普通的补偿只是对偶然信号的客观重复，基本补偿只是准确地复原了主波瓣，但是副波瓣水平仍然高。一个辐射元的物理位移，可以很容易用一个简单的给定操纵方向来补偿。如果所有的原位移是已知的，那么可以在不考虑波动方面修正相位法则，应用了下面的激励： 如果用修正的激励系数cn代替an，波瓣在天线指向上很好的恢复了，系统在指向的附近是理想