空时四维共形微带天线阵列关键技术研究

共形阵列在不影响飞行器本身机动性能的前提下能够极大的拓宽扫描范围，因此被视为新一代飞行器雷达的关键技术之一。然而目前共形阵列设计存在着馈电网络复杂等一系列缺陷，而空时四维时间调制共形阵列，即在常规共形阵列的基础上引入新的自由度- - 时间，能够有效降低馈电难度的同时很大程度改善天线阵列的性能。.本项目将重点研究空时四维共形天线阵列设计技术。从单元设计入手，研究具有可重构功能单元与开关一体化的设计；进一步，综合考虑阵元姿态、阵列布局等关键因素对阵列辐射特性的影响，给出宽带四维共形阵列合理的布局方案。在此基础上，研究四维共形阵列的多目标方向图综合设计，针对常规多目标优化算法求解效率较低的缺陷，设计出等级偏好的智能并行多目标优化算法，以加快优化问题的求解效率。然后完成四维共形天线阵列的设计、加工、制作及测试。本项目的研究目标是搭建四维共形阵列的设计平台，为进一步开展相关的四维共形阵列研究奠定基础。

本项目主要针对空时四维共形天线阵的关键技术开展了较为深入的研究工作，主要包括方向图可重构阵元的设计、四维共形天线阵的互耦补偿技术、共形阵列阵面的设计、快速方向图综合技术等方面。在基金委项目的资助下共发表期刊论文18篇，其中包括16篇SCI检索论文，2篇EI检索论文；5篇会议论文，均为EI检索，申请发明专利4项，并搭建了两套实验样机。圆满完成了项目的各项预期目标。具体而言，主要研究成果如下：.在天线单元设计方面：①对常规频率可重构天线的偏置电路进行了改进，应用较少的PIN二极管即可实现多个频段的可重构，从而简化了偏置电路。②通过改变馈电方式，提出了一种对称结构的E形方向图可重构天线，其工作频段能够保持恒定。③针对双频应用需求，设计了一款双频带方向图可重构微带天线，该天线具有波束覆盖范围广，结构简单，低成本，易加工的优点。.在单极化四维共形阵列的功率方向图综合方面：①针对四维共形天线阵列的互耦分析问题，搭建了互耦条件下单极化四维共形阵列的数学模型。②以改善时间调制阵列增益和简化阵列结构为出发点，提出了一种全新的相位调制阵列，该阵列能够仅用延时线和射频开关实现低副瓣波束扫描，省去衰减器和移相器，从而达到简化阵列结构的目的。③将交替投影算法（APM）应用于空时四维阵列综合中，提出了一种基于APM的空时四维阵列方向图实时综合算法，实验结果验证了该算法在实时阵列综合方面的优越性。.在全极化四维共形阵列的功率方向图综合方面：①提出一种基于单峰曲面优化的四维阵列低副瓣方向图综合方法，该方法能够有效提高共形阵列低副瓣方向图的综合能力和综合结果的稳定性。②针对空时四维共形天线阵列优化设计中对副瓣、边带电平及窄主瓣宽度等不同需求，提出了动态自适应的多目标杂草进化算法（MOIWO）以及改进的多目标差分进化算法（IGDE）。③通过引入新的个体竞争择优交叉算子和精英个体控制策略，提出了改进的非支配排序遗传算法（INSGA-II），并将其应用于空时四维阵列中阵元开关的导通时间以及持续时间优化设计中。.在四维共形天线阵研制方面，搭建了一套8单元单极化柱面共形四维天线阵实验样机，实现了-21.77dB的副瓣电平以及-18.79dB的边带电平。