發(fā)布時間：2020-11-21 04:54

　　 空間飛行器以超高聲速返回大氣層時,產(chǎn)生一層包裹著飛行器的等離子鞘套。等離子鞘套是一種有耗色散介質(zhì),分布在相控陣天線近場區(qū),與天線輻射的電磁波相互作用,影響相控陣天線的波束形成效果,造成波束指向偏差,導(dǎo)致飛行器天線波束無法精確對準天基測控衛(wèi)星。原因有兩個方面:一是,等離子鞘套對電磁波的衰減和相位延遲在不同方向上存在較大差異,改變遠場區(qū)的場強分布,使得不同陣元輻射場的相干疊加不同于自由空間,改變陣列波束合成效果;二是,等離子鞘套對電磁波產(chǎn)生強烈的反射作用,增加陣元之間的相互耦合,增大波束合成指向角的偏差。針對此問題,本文開展工作主要包括:首先,研究了電磁波在非均勻等離子鞘套中的傳播特性,分析了天線不同方向上輻射的電磁波穿透等離子鞘套后的幅度衰減和相位延遲特性。根據(jù)電磁波疊加定理,推導(dǎo)了等離子鞘套下相控陣天線陣因子計算公式,計算了不同等離子體參數(shù)情況下陣因子方向圖,給出了不同等離子體電子密度、碰撞頻率對陣因子波束指向的影響規(guī)律。其次,基于等離子鞘套對電磁波的反射特性,研究了等離子鞘套下相控陣天線阻抗特性和互耦特性。結(jié)果表明:在高電子密度,低碰撞頻率情況下,等離子鞘套會使陣元自耦合和相鄰陣元互耦增強。而對于斜對角陣元,等離子鞘套會使其互耦降低。然后推導(dǎo)了考慮互耦時等離子鞘套下相控陣天線方向圖的計算方法,并對其進行正確性驗證。最后,根據(jù)方向圖乘積定理,考慮陣元互耦因素,建立了非均勻等離子鞘套覆蓋下相控陣天線的電磁分析模型,計算了等離子鞘套覆蓋下相控陣天線不同空域指向的輻射特性,根據(jù)方向圖計算結(jié)果,獲得了等離子鞘套參數(shù)與相控陣天線波束指向偏差角之間的關(guān)系。計算結(jié)果表明:隨著等離子體電子密度的增加,相控陣天線方向圖主瓣增益降低。當?shù)入x子體碰撞頻率接近相控陣天線工作頻率時,等離子鞘套對天線方向圖惡化最為嚴重。等離子體電子密度越大,碰撞頻率與相控陣天線工作頻率越接近,等離子鞘套造成相控陣天線波束指向偏差越大。本文的研究成果可以為飛行器相控陣天線設(shè)計提供參考,為等離子鞘套覆蓋下相控陣天線波束指向誤差修正提供補償數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V443.4;V419
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 等離子鞘套中電磁波傳播特性
        1.2.2 等離子鞘套覆蓋下飛行器天線特性研究
    1.3 本文主要內(nèi)容
第二章 相控陣天線與等離子體中電波傳播理論
    2.1 相控陣天線波束形成原理
        2.1.1 平面相控陣天線方向圖
        2.1.2 平面陣的波束指向
        2.1.3 輻射單元方向性引起的波束指向誤差
    2.2 等離子體基本特性
        2.2.1 等離子鞘套基本參數(shù)
        2.2.2 等離子鞘套參數(shù)分布
        2.2.3 等離子體媒質(zhì)特性
    2.3 等離子鞘套中電磁波傳播理論
        2.3.1 等離子鞘套中電磁波傳播理論基礎(chǔ)
        2.3.2 非均勻等離子鞘套中電波傳播的計算方法
    2.4 本章小結(jié)
第三章 等離子鞘套覆蓋下相控陣天線陣因子特性研究
    3.1 電磁波斜入射非均勻等離子鞘套的傳播特性
        3.1.1 等離子鞘套內(nèi)折射波的傳播特性
        3.1.2 電磁波斜入射等離子鞘套的等效傳輸線計算方法
    3.2 等離子鞘套對電磁波場強幅度衰減和相位延遲
        3.2.1 幅度衰減特性
        3.2.2 相位延遲特性
    3.3 等離子鞘套下相控陣天線陣因子特性
        3.3.1 等離子鞘套下相控陣天線陣因子計算公式
        3.3.2 幅度衰減和相位延遲對相控陣天線波束合成影響
        3.3.3 等離子鞘套對相控陣天線陣因子的波束指向性影響規(guī)律
    3.4 本章小結(jié)
第四章 等離子鞘套覆蓋下相控陣天線阻抗與互耦特性研究
    4.1 等離子鞘套下相控陣天線仿真建模
        4.1.1 微帶貼片輻射單元設(shè)計
        4.1.2 等離子鞘套的分層模型
        4.1.3 等離子鞘套下相控陣天線電磁仿真模型
    4.2 等離子鞘套下相控陣天線阻抗特性
    4.3 等離子鞘套下相控陣天線互耦特性
        4.3.1 陣列天線單元間互耦的分析方法
        4.3.2 等離子鞘套參數(shù)對相控陣天線互耦影響分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 等離子鞘套覆蓋下相控陣天線輻射特性研究
    5.1 等離子鞘套對相控陣天線輻射特性的理論分析
        5.1.1 考慮互耦時等離子鞘套下相控陣天線方向圖計算方法
        5.1.2 算法驗證
    5.2 等離子鞘套對相控陣天線方向圖的影響
        5.2.1 不同等離子鞘套參數(shù)對相控陣天線方向圖影響
        5.2.2 不同波束指向角情況下相控陣天線方向圖
    5.3 等離子鞘套對相控陣天線波束指向性的影響
        5.3.1 等離子鞘套參數(shù)對相控陣天線主瓣增益的影響
        5.3.2 等離子鞘套影響下相控陣天線波束指向角誤差
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介

【參考文獻】

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本文編號：2892555