一种超宽带相控阵天线阵方向图栅瓣抑制方法

针对超宽带相控阵天线方向图栅瓣抑制难题,基于遗传算法,构建了一种高效的适应度函数计算方法,通过优化设计相控阵天线各阵元间距,最终实现了8-18GHz超宽带阵列天线方向栅瓣的有效抑制,基于遗传算法,构建了一种高效的适应度函数计算方法,通过优化设计相控阵天线各阵元间距,最终实现了8-18GHz超宽带阵列天线方向栅瓣的有效抑制。通过与相同阵列长度下等间距时阵列天线方向的频率响应曲线比较,说明了本文算法的有效性。     

光纤激光相控阵阵元分布优化方法

提高主瓣的能量集中度和抑制栅瓣问题是当前光纤激光相控阵技术面向应用的关键。文中从说明激光相控阵在技术上难以满足/2的阵元间隔,由此导致诸多栅瓣产生的原因入手,并考虑到目前常用不等间隔栅瓣抑制方法将导致相控阵口径增大的难题,提出了一种将遗传算法引入到光纤激光相控阵阵元分布优化的设想。主要方法是从最大限度抑制栅瓣的角度提出一个与主瓣能量集中度和主瓣/旁瓣对比度相关的适应度函数;将遗传算法中的特征参数与光纤激光相控阵的主要参数相对应;然后以20路阵元/阵元间隔为3倍波长、50路阵元/阵元间隔为20倍波长两种线阵情况为例,分别仿真计算了传统的等间距阵元和不等间距阵元分布,及遗传算法优化阵元分布三种情况,得到的光纤激光相控阵远场能量分布、主瓣能量集中度和主瓣与最大栅瓣对比度,并对其进行了比较。结果表明,遗传算法较等间距、不等间距方法的主瓣能量集中度分别提高了9.69%、3.33%,主瓣与第一栅瓣能量对比度分别提高了13.12%、9%。由此可预期基于遗传算法优化的相控阵有望在同等激光发射总功率下获得更远的作用距离。     

空间不合成平板端射阵列副瓣研究

平板端射天线组阵不符合常规天线组阵规律,增益随着天线单元间距的增大而提高,在1.5倍波长时增益最高,但同时引入栅瓣问题.采用不均匀布阵抑制栅瓣,将阵元间距的稀疏约束从0.5λ栅格扩展到1.5λ栅格.经过大量仿真分析,发现当天线单元最小间距为1.5λ时,按常规不均匀阵列优化原理优化天线间距,可以抑制栅瓣但无法解决引入的高...     

相控阵天线栅瓣效应与规避

相控阵天线由许多阵元排列组成。根据不同的阵元间距和波长的关系,给出了栅瓣出现的位置。搭建了一个试验平台,通过控制扫描角度可以看到栅瓣出现的位置。采用相控阵天线技术结合传统天伺系统的方法,可以扩大天线的扫描范围,并且起到了规避栅瓣的作用。简述了多波束形成过程,论述了阵列天线的空间功率合成,并仿真出天线多波束方向图的理论值,与实验得到的结果相吻合。对工程起到指导作用。     

K频段斐波那契网格稀疏阵列分析与设计

针对低轨宽带卫星通信网、5G通信网应用中对K/Ka频段多波束有源相控阵天线的需求,对斐波那契网格阵列进行改进,提出一种大规模低旁瓣稀疏阵列的高效设计方法。首先从数学上对斐波那契网格阵列的栅瓣抑制特性进行解释,进而对阵列进行数值计算和全尺寸三维电磁仿真,最后结合实际工程应用给出一种K频段高密度集成有源相控阵多波束天线的阵面及射频芯片的布板方案。这种大间距阵列在大扫描角域和大带宽内具有低副瓣、无栅瓣、高增益等优良特性,非常适用于通信应用中的高密度集成有源相控阵天线。     

一种多约束稀布线阵的天线综合方法

 针对有阵元间距上、下限约束与口径约束的稀布直线阵列综合问题,提出了一种基于向量映射的改进遗传算法.该方法将遗传变量与阵元间距按照特定的关系进行映射,从而使阵元间距的强约束优化问题转换为仅含遗传变量上、下限约束的优化问题,从根本上避免了遗传操作中的不可行解.通过抑制天线峰值旁瓣电平(PSLL)的稀布阵仿真,验证了该方法的有效性和稳健性,且能获得比现有方法更高的优化效率.     

基于改进遗传算法的分布式阵列栅瓣抑制算法研究

分布式阵列的研究是一个具有挑战性的难题,而遗传算法是一种研究分布式阵列的有效算法。然而,现存的文献大多集中在阵元级的研究;实际上,基于子阵级的研究更具有工程应用价值。本文提出了一种基于遗传算法的分布式阵列栅瓣抑制算法。首先建立了分布式阵列的算法模型,然后对传统的遗传算法进行了一些改进,最后利用改进的遗传算法对分布式阵列进行位置优化,在一定程度上有效的抑制了栅瓣。仿真验证了该算法的有效性和可行性。     

错位子阵波束形成与优化设计

研究了大间距、可平移、随机错位子阵优化设计问题。首先,利用天线方向图乘积定理阐释了错位子阵波束形成原理;然后,对错位子阵优化问题进行建模并采用遗传算法进行求解。优化变量为子阵几何中心,代价函数由子阵栅瓣处超阵阵因子和阵列孔径效率综合得到,约束条件为所有子阵互不交叠;最后,对给定的正八边形阵列进行优化。研究结果表明:经“最优冶随机错位后,阵列方向图栅瓣降低14 dB 以上,可以满足工程应用,进而验证了随机错位优化方法的有效性。     

毫米波共形相控阵雷达导引头的阵列稀布优化

该文针对毫米波共形相控阵天线阵列稀布引起的栅瓣问题,提出了一种最优极化(交叉极化电平最小)条件下的阵列稀布优化准则。该方法首先建立毫米波共形相控阵雷达导引头极化辐射方向图的数学模型,通过对圆极化和线极化两种极化方式下交叉极化电平的比较,选取最优极化方式,选定阵列稀布优化的两组基本参数,然后利用改进的粒子群进化(MPSO)算法优化两组参数条件下的阵元分布,对比阵元分布优化后的天线方向图确定阵列稀布优化的基本准则,来有效抑制由于阵列单元稀布而引发的栅瓣效应。仿真试验证明该准则的合理性。     

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1．5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到（或者小于）0．5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明：随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8．35dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18．25dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。     

Optimization of thinned aperiodic linear phased arrays using genetic algorithms to reduce grating lobes during scanning

The scan volume of a thinned periodic linear phased array is proportional to the spacing between array elements. As the spacing between elements increases beyond a half wavelength, the scan range of the array will be significantly reduced due to the appearance of grating lobes. This paper investigates a method of creating thinned aperiodic linear phased arrays through the application of genetic algorithms that will suppress the grating lobes with increased steering angles. In addition, the genetic algorithm will place restrictions on the driving-point impedance of each element so that they are well behaved during scanning. A genetic algorithm approach is also introduced for the purpose of evolving an optimal set of matching networks. Finally, an efficient technique for evaluating the directivity of an aperiodic array of half-wave dipoles is developed for use in conjunction with genetic algorithms.     

平面相控阵天线极限扫描空域分析

基于平面相控阵天线单元间距由设定的扫描空域中不出现栅瓣条件确定，分析了在选定矩形栅格和三角形栅格的阵列单元间距后，平面相控阵天线的极限扫描空域，揭示了相控阵天线尚未被充分利用的扫描资源。     

采用DFP-BFGS优化大间距子阵级非周期八角阵

采用DFP-BFGS变尺度算法优化分析了非周期八角阵的子阵中心位置,使栅瓣得到抑制,且阵列的辐射特性达到良好的效果。由于阵列辐射单元之间间距选取大于1个波长,天线方向图必定有栅瓣出现,所以,选择优化子阵中心位置,分散栅瓣能量,使周期八角阵变形为非周期八角阵布阵形式。若该阵列采用高效阵列单元,就可以实现有限相控扫描,且可以获得更低的副瓣要求。     

改进遗传算法优化MIMO稀布阵列

为了解决多输入多输出(MIMO)天线阵列由于阵元间隔过大造成的阵列方向图出现栅瓣,在雷达回波成像时出现影响目标识别的虚假目标的问题,提出了一种改进的遗传算法对阵列排布进行优化。在传统标准遗传算法上进行改进,用多个矩阵组合表示MIMO阵列,针对在矩形平面随机分布的稀疏阵列的方向图旁瓣问题进行优化设计,并采用基于Logistic混沌序列的方法产生种群扰动,避免优化过程进入局部最优状态。通过实例对比22发射天线22接收天线的均匀规则排布MIMO阵列和经改进遗传算法优化的稀布MIMO阵列,结果表明,改进遗传算法可以有效解决规则排布阵列方向图中出现的栅瓣,并且降低方向图旁瓣,提高雷达成像性能。该优化算法变量可控,具有很强的实用性,为MIMO雷达的阵列排布提供了解决方法。     

反射面天线焦面场采样研究与相控阵馈源设计

为了设计高性能的相控阵馈源(phased array feed,PAF),通过反射面天线焦面场最优采样的研究,给出了PAF参数与天线口径效率之间的关系,总结了PAF的最优采样范围和单元间距,导出了PAF单元数量的计算公式.给出了一个9 m天线的PAF设计实例和性能分析,在4～7 GHz频率范围内,扫描范围为±3°时,天...     

基于NUFFT方法的二维非周期阵列天线方向图计算

相控阵天线应用在有限电扫描角度时,采用大间距体制以减少有源通道数量,降低天线成本。由于单元间距大于波长,在可视空域内会出现栅瓣,常采用非周期排列方法分散栅瓣能量降低栅瓣电平。文中提出了一种变距平移错位抑制大间距阵列栅瓣的方法,并介绍了基于二维NUFFT计算该非周期排列阵列天线方向图的方法。分析了影响该算法精度的因素,并通过在拟合虚拟阵列幅相值时通过采用局部坐标系有效减小计算量。通过一个由300个单元组成的非周期阵列方向图计算,对二维NUFFT方法以及累加法进行对比。前者的计算时间仅为后者的0. 9% ,验证了算法的高效性。计算结果显示全空域方向图吻合度高,方向性系数误差仅0. 05 dB,最高副瓣误差仅0. 12 dB,验证了算法的准确性。     

基于改进遗传算法的阵元失效校正方法

阵列天线中阵元失效,其方向图的副瓣电平会升高、主瓣变宽。保留遗传算法前期迭代的最优个体为新初始种群对遗传算法进行改进,以加快收敛速度和防止最佳染色体缺失。并利用基于优势保留的改进遗传算法,针对-40dB 的26 单元阵列,随机缺失3 单元后进行优化,恢复原方向图副瓣水平。结果表明,该算法能够有效减少阵元缺失后方向图的恶化。