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作为一种多功能和智能化天线系统,智能蒙皮天线是在传统蒙皮天线基础上,通过在天线结构中上引入感知层和控制执行层,实现服役状态感知与自适应调控功能。为了提高气动和隐身性能,智能蒙皮天线通常嵌入机载等装备平台中,实现与装备结构的融合。当受到气动、振动、冲击等载荷作用时,天线阵面不可避免地会产生一定的结构形变,导致天线出现增益下降、波束指向偏移和副瓣抬升等问题。因此需要研究天线在阵面形变状态下的辐射特性,并进行相应的补偿调节,以改善其在复杂服役环境下的工作性能。在智能蒙皮天线系统中,轻薄小型化的天线有利于减小整个系统的体积重量和剖面尺寸,满足结构功能一体化的要求。同时在民用无线通信系统中,终端设备的微型化、集成化、轻量化和便携式的发展趋势,也对天线的结构和尺寸也提出了更高的要求,研究适合于多频/宽带应用的小型化天线具有重要意义。本文结合科研项目和天线领域研究热点,分别开展了智能蒙皮天线和小型化通信天线的研究工作,取得的成果主要有以下几方面:1.智能蒙皮天线的系统方案研究。在传统共形承载天线的基础上结合智能结构和自适应控制技术,提出了一种基于电补偿的智能蒙皮天线接收系统。系统总体包括复合蒙皮天线、射频接收通道和波控/测控单元等三部分,能够满足结构承载、电磁接收和感知调控的功能要求。2.复合蒙皮天线的研究设计。(1)设计了一种由承载骨架和辐射单元构成的阵列天线,骨架和单元分别通过3D打印和印刷电路技术实现,该方法降低了天线的成本并提高了设计的灵活性。(2)将光纤光栅应变传感器作为元件构建分布式传感网络,并通过接触式测量来检测阵面形变状态。这种方式快速准确,同时对天线结构影响小。iii)对复合蒙皮天线的结构尺寸进行了优化设计,并采用复合工艺制作了实物样件,通过测试验证了设计方法的有效性。3.阵面小形变状态下的阵列方向图和电补偿方法研究。(1)基于电场叠加原理推导了阵列天线的方向函数,并采用坐标旋转和平移变换,得到了阵面形变后全局坐标系下的方向函数表达式,通过计算对比分析了微带天线阵在阵面形变前后的方向图变化规律。(2)对相位补偿方法进行了分析和推导,并将该方法应用于对称拱形、非对称楔形以及球面形变的补偿中,计算结果表明补偿后和形变前的方向图在主瓣及临近副瓣区域较为吻合。4.系统中射频接收通道和波控电路的研究和设计。(1)基于有源相控阵技术,提出了射频接收通道和波控电路总体结构方案,方案采用模块化的设计思想,电路模块具有复用性和可扩展性,同时便于调试和维护。(2)根据主要技术和功能要求,采用级联方式搭建了射频接收通道,包括放大、可变衰减、移相及功率合成等功能模块;设计了分布式波控电路,完成波束/开关控制、电源管理以及外部接口等功能。(3)对硬件电路进行了加工和测试,测试结果表明电路性能基本符合设计目标。5.智能蒙皮天线接收系统的准静态补偿性能测试和研究。(1)设计了形变实验装置和测控软件平台,前者包括天线固定夹具、滑动轨道以及步进电机等部分,主要通过控制电机产生外力作用于天线阵面,得到弯曲、扭转等模拟形变状态;后者由C#语言开发,通过可视化交互界面和硬件系统进行交互和数据存储、处理。(2)采用平面近场扫描方式对各路接收通道进行了幅相一致性校准,并在平面基准的基础上开展了几种形变工况的方向图测试。通过对比基准、形变和补偿结果,验证了位移测量和方向图补偿方法的有效性。6.小型化多频/宽带通信天线的研究设计。基于平面印刷天线,(1)提出了一种采用非对称共面馈电结构的多频天线,相比于共面波导馈电能缩减近一半的尺寸,并通过在辐射片上引入矩形开口谐振环而形成多个工作频带。(2)提出了一种具有紧凑型辐射体的多频天线,该天线采用弯折谐振枝节,具有类似偶极子的辐射特性。(3)设计了两种小型化超宽带天线,在单元基础上分别通过镜像对称和正交排布组成了二元MIMO天线,并采用去耦技术提高了单元间隔离度。