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【6h】

基于耦合振荡器阵列的非线性有源天线阵设计与实现

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目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要研究内容和结构

1.3.1本文主要研究内容

1.3.2本文的结构安排

第2章 天线阵需求分析与研究方案设计

2.1天线阵波束形成的理论分析和方案的选择

2.1.1无源相控阵天线

2.1.2传统有源相控阵天线

2.1.3基于耦合振荡器阵列的天线

2.2基于COA的NLA3需求分析

2.3基于COA的NLA3方案设计

2.4本章小结

第3章 耦合振荡器阵列单元设计

3.1耦合振荡器阵列单元非线性动力学特征

3.1.1振荡器模型研究

3.1.2注频锁相振荡理论分析

3.1.3注频锁相振荡器非线性动力学模型的建立

3.2 微波振荡器设计

3.2.1微波振荡器物理模型设计

3.2.2振荡器设计

3.2.3振荡器测试

3.3基于注频锁相振荡器的COA单元设计

3.3.1耦合振荡器阵列单元设计

3.3.2耦合振荡器阵列单元测试

3.4本章小结

第4章 耦合振荡器阵列系统设计

4.1注频锁相振荡器阵列拓扑结构优化

4.2耦合振荡器阵列设计

4.3耦合振荡器阵列测试

4.4本章小结

第5章 基于COA的NLA3设计

5.1基于COA的NLA3波束形成系统原理

5.2基于COA的NLA3波束形成系统设计

5.3基于COA的NLA3波束形成系统仿真

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

附录

附录A:完成实物图

附录B:部分仿真原理图

附录C:部分代码

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摘要

信息化条件下战争打赢的关键是夺取制信息权,作为信息战“眼耳”的雷达,迫切需要被大量装备到卫星、战机、气球(飞艇)、舰船、阵地上。然而传统无源相控阵天线雷达因为设备庞大,功率损失大、设备昂贵、可靠性和可维修性低等诸多缺点无法满足要求。新兴的有源相控阵天线比传统无源相控阵天线相比有很多优势,但在降低天线阵的体积、减小控制复杂度,提高效率、移相精度和可靠性上受限于移相器。为了克服移相器的限制,本文提出了一种基于耦合振荡器阵列(Coupled Oscillator Array简写为COA)的非线性有源天线阵(Nonlinear Active Antenna Array,简写为NLA3)技术,可以不用移相器实现天线阵波束扫描和波束形成,对于降低天线阵的体积、成本、损耗有明显成效。本论文的主要研究工作如下: (1)通过天线阵波束形成系统的原理和实现方法,详细分析了几种传统相控阵天线实现波束形成系统存在的缺点,提出了一种利用COA来设计一个高性能的接收和发射波束形成系统,从而实现NLA3的方法。并从NLA3的需求分析入手,制定了基于COA的NLA3设计方案。 (2)根据注频锁相基本理论,研究了注频锁相振荡器的非线性动力学特征,得出了若干对研究注频锁相振荡器有用的结论,根据此结论提出了一种设计微波振荡器的方法,运用此方法制作了基于注频锁相振荡器的625MHz COA单元,利用COA单元测试系统对COA单元进行了测试,结果表明COA单元实现了稳定的注频锁相,符合设计需求。 (3)深入研究了COA基本拓扑结构的信号带宽和相位噪声,分析了该结构存在的缺点,设计了一种一级耦合振荡器阵列4倍频的优化拓扑结构,根据优化结构设计了COA系统,利用混频器设计的相位差测试系统对COA系统进行了测试,结果表明COA相邻单元间相位差可在(-180°,180°)独立调节,达到了设计要求。 (4)分析了NLA3波束形成基本理论,在此基础上研究了如何利用COA实现NLA3,并计算仿真了由50个COA组成的NLA3系统,结果验证了该方法的有效性。

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