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摘要相控阵天线是指具有波束扫描功能的阵列天线。相控阵天线具有许多突出的优点，使得装备相控阵天线的雷达具有优越的性能，现如今得到了各国的重视和装备。而在相控阵天线阵系统中，接收天线阵列开路电压的精确度十分重要，它直接关系到整个微波系统建模的准确性，因而本文的研究具有实际的应用价值。本文围绕相控阵接收天线的开路电压模型，主要研究内容如下：首先，以简单的线性相控阵为例介绍了相控阵天线的基本性质，对相控阵天线的性质做了具体的分析。其次对接收天线的等效电路模型进行介绍和分析。接收天线的等效电路既可以是恒压源等效电路，也可以是恒流源等效电路，同时详细地介绍了接收天线的开路电压模型，并对该模型进行了推导，证明了接收天线能够等效成开路电压模型。最后，对相控阵接收天线开路电压模型进行建模，利用 MATLAB进行仿真，并对仿真的结果进行相关的分析。并进一步将接收机与阵列天线相连，得到接收机的输出电压与开路电压之间的关系。27645
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毕业论文关键词 相控阵天线 等效电路 接收天线 开路电压
Title The simulation for echo signals of phased-array receivingantenna
Abstract Phased array antenna is an array antenna with beam scanning. Phased arrayantennas have many outstanding advantages, so that the phased array radar alsohas many superior performances. Nowadays, the phased array radar get theattention of many countries .The open-circuit voltage accuracy of receivingantenna array is very important, because it is directly related to the accuracyof the entire microwave systems .So what we study have the practical value inthis article.This paper focuses on the open circuit voltage of the phased array antenna;the main contents are as follows:Firstly, we use a simple linear phased array as an example to introduce thebasic properties of phased array antennas, and then we analyze the propertiesof phased array antenna.Secondly, we introduce the equivalent circuit model for receiving antenna.The equivalent circuit for receiving antenna can be equivalent to constantvoltage source circuit or be equivalent to the constant current source circuit.Then this article makes a detailed introduce to the open-circuit voltage ofthe receiving antenna model. Then the model was derived, so we proved that thereceiving antenna can be equivalent to an open circuit voltage model.Finally, we make the model of open-circuit voltage for the phased arrayreceiving antenna and use MATLAB to simulate. Then we analyze the simulationresults. Later we connected the receiver to the receiving antenna array toobtain the relationship between the output voltage and the open- circuit voltage.
Keywords phased array antenna equivalent circuits receiving antennas open-circuit voltage
目次
1 绪论.1
1.1 研究背景与意义..1
1.2 国内外研究现状..1
1.3 本文的主要工作..2
2 相控阵天线介绍..4
2.1 相控阵天线基本原理4
2.2 相控阵天线的基本特性..5
2.3 本章小结..9
3 接收天线的等效电路..10
3.1 接收天线等效电路基本原理.10
3.2 接收天线的开路电压模型..15
3.3 本章小结17
4 开路电压仿真..18
4.1 引言..18
4.2 相控阵馈源接收阵列的开路电压..19
4.3 放大器输入端电压模型20
4.4 本章小结23
结论24
致谢25
参考文献.26
1 绪论1.1 研究背景与意义天线是无线电通信系统的重要前端器件，它可以认为是信号的空间滤波器，因为它能够筛选不同频段的信号，特定地接收某个频段的信号[1]。天线的任务是发射和接收电磁波信号。为了提高天线的增益或为了获得所需的辐射特性，可以使用天线阵。采用一定的规则将多个天线单元排列在一起，就形成了阵列[2]。相控阵天线就是从阵列天线发展起来的，其基本原理是基于阵列天线的分析[3]。移相器和天线辐射单元是相控阵天线的关键器件。 移相器分为连续式移相器和数字式移相器两种。 连续式移相器的移相值能够在0°～360°范围内连续变化，数字式移相器的移相值是离散的，只能是360×(1/2)n的整数倍，其中n是数字式移相器的位数。相控阵天线有空间馈电和传输线馈电两种馈电方式。相控阵天线阵元首先要有足够宽的工作频带， 来保证天线阵列的频率特性能够满足雷达系统对瞬时信号带宽的要求；其次，阵元需要有足够宽的波束宽度，来保证阵列在大角度扫描时，增益不至于下降得过快。阵列方向图为单元因子与阵列因子的乘积。 对阵元的要求还有阵元的物理尺寸和波束宽度须与阵列结构相匹配。相控阵天线与其他天线相比，具有许多突出的优点：系统反应速度快、指向精度高、抗干扰能力强、易于实现低副瓣等。在现代的电子战和信息战中，相控阵天线在军事领域有着深入的应用。相控阵天线可用于导弹制导、敌我识别、监视引导、炮位侦察、精密跟踪测量、低空补盲及机载预警火控等军用雷达系统。此外，相控阵天线已经出现在气象预测预报、生物医疗、遥测遥感、射电天文、通信广播和港口及空中交通管制等领域的民用事业中，并且将有更为广阔的应用。在相控阵天线阵系统中，接收天线阵列的开路电压计算非常重要，它的精确程度直接关系到整个微波系统建模的准确性。 本文研究的主要内容为针对空间的入射电磁场， 对接收天线阵进行建模， 仿真计算得到阵元天线输出端的开路电压。它具有相当的工程实际价值。1.2 国内外研究现状早在 20 世纪 30 年代就已经提出了相控阵天线的概念[4]。国内外研究相控阵天线最常用的辐射单元有偶极子、开口波导、缝隙、螺旋、贴片天线或微带圆盘等。美国在 19 世纪 60 年代就开始了相控阵雷达的开发和研制。目前，它是世界上相控阵总体和模块技术最成熟的国家， 研制和生产的多功能相控阵雷达覆盖了陆、海、空、天各个领域[5][6]。工作频段包括：HF、UHF(超视距雷达)，L、S、C、X、Ku(大部分在这五个频段)[7]。美国在 20 世纪 70 年代末，又成功研制出第一部固态有源相控阵雷达 AN/FPS-115，用于弹道导弹预警和空间目标探测。20 世纪 80 年代又研制出安装在 F-22 战斗机上的 X 波段机载多功能有源相控阵雷达 AN/APG-77，该雷达成为机载雷达的典范。2002 年 4 月，美国海军开始研制 DD（X）水面战舰。舰载主雷达也为有源固态相控阵雷达，与 SPY-3相控阵雷达相类似，为双频段工作。我国在七十年代末成功地研制出一台二文相扫的战略相控阵雷达,并在 1980年正确地预测了美国天空实验室坠落的地点和时间[34]。到了九十年代，相控阵雷达从军用领域扩展到民用领域。作为相控阵雷达的重要组成部分， 相控阵天线技术的发展应与相控阵雷达发展趋势相适应，从目前国内外相控阵雷达的发展趋势及需求来看，相控阵天线的发展方向主要有：● 有源相控阵天线● 毫米波相控阵天线● 宽带相控阵天线● 多功能相控阵雷达天线● 低成本相控阵天线1.3 本文的主要工作本文主要研究相控阵接收天线的开路电压，首先对相控阵天线的基本理论进行了阐述，而后对接收天线的等效电路模型进行了详细地介绍，并对其进行了建模及 MATLAB 仿真。本文的章节安排如下：第1章主要阐述了相控阵天线研究的背景及研究意义，之后，介绍了相控阵天线在国内外的研究现状以及相控阵天线的发展方向。第2章以线性相控阵天线为例介绍了相控阵天线阵列的组阵方式，相控阵天线的基本原理，以及相控阵天线的基本性质。第3章主要论述了接收天线等效电路的基本原理及接收天线的开路电压模型，并对接收天线开路电压模型的推导进行了简单地介绍。第4 章主要对相控阵馈源天线阵列开路电压进行了建模及仿真， 进一步分析了阵列天线与低噪声放大器相连以后，接收机输出电压与阵列开路电压的关系。
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