基于粒子群算法的天线阵方向图优化

雷达阵列天线常涉及方向图综合,而天线阵综合常常是利用优化算法优化单元幅相及间距等参数的过程。粒子群算法具有理论简单、参数少和易于实现等特点,文中基于这一简单易行的优化算法,给出一种阵列天线赋形波束综合方法。通过优化阵列天线中各单元的馈电幅度和相位同时实现主瓣的赋形和副瓣电平的抑制,或通过仅相位加权实现主瓣波束赋形,得到优良的余割平方赋形。通过实例设计验证了粒子群算法优化天线阵方向图的有效性。     

一种赋形阵列天线的优化设计

给出一种S 波段波束赋形阵列天线的优化设计过程,由带状耦合结构的印刷阵子天线并排组成16 元直线阵列。为使天线的辐射波束达到给定方向图的主瓣和副瓣要求,采用联合应用DFP 和BFGS 公式的变度量优化算法,对阵列天线各单元的馈电幅度和相位同时进行优化,并考虑阵列中各单元之间的互耦对阵列的影响,通过全波电磁仿真软件HFSS 进行了验证,所得的方向图与理论计算十分吻合。根据仿真优化的结果,制作了天线阵实物并进行了测试,得到的测试结果与仿真结果一致。     

基于FFT变换的阵列天线低副瓣方向图综合

阵列天线的最大优点是可波束赋形,产生低副瓣的和特定零陷的方向图,加窗锥削即是波束赋形的一种。本文针对有限视场相控阵进行分析,根据所要产生的动态方向图,采样后用IDFT的方法得到阵列加权序列;另一方面根据不同的波束宽度和低副瓣要求采用相应的窗函数,再根据确定波束指向的相位,由DFT计算得到方向图,使用Matlab的FFT算法绘制方向图。     

一种阵列天线快速波束赋形方法

介绍了一种阵列天线快速赋形方法,该方法基于Orchard综合,采用遗传算法对Schelkunoff单位圆零点的位置移动实现波束赋形。波束赋形分为两个步骤:1)根据副瓣电平采用解析法确定初始零点位置;2)以赋形区域内零点径向位移作为自由度,用遗传算法进行赋形区域单目标寻优。相对常见以阵元的幅度相位作为自由度编码的遗传算法赋形,该方法不仅有效避免了副瓣和赋形区的多目标均衡问题,而且算法自由度大幅减少,收敛速度快,能够同时实现较低副瓣电平和赋形区精度要求。通过余割平方赋形和扇形波束两个实例说明该方法的有效性,可以应用于阵列天线快速赋形设计。     

一种具有雷电防护功能的高增益垂直极化全向赋形天线设计

设计了一种具有雷电防护功能的大功率高增益垂直极化全向赋形天线.天线采用印刷偶极子作为辐射单元,通过4个单元俯仰组阵满足天线高增益要求.采用遗传算法优化阵元幅度和相位,实现天线俯仰波束赋形设计.通过功分器对均匀分布的4组赋形子阵列等幅同相馈电,实现天线方向图方位面全向覆盖.避雷针穿过天线印制板安装架安装于天线底座中心起雷...     

基于遗传算法的基站天线波束赋形设计

天线阵列俯仰面方向图的赋形设计在整个基站天线设计过程中是一项关键的技术。考虑互耦以及反射板影响的实际天线阵列,选择阵列中每个天线单元的馈电幅度和相位作为优化变量,采用遗传优化算法对天线阵列垂直面方向图的下半空间零陷填充和上半空间副瓣抑制等指标进行优化,结果满足要求,具有较强的实用性。     

基于差分进化算法的阵列天线波束赋形研究

在阵列天线波束赋形设计中,通常方法是对阵列的阵因子进行分析,这类方法没有考虑阵列单元的影响,所设计的波束形状与要求的有一定差异。本文将差分进化算法(DE)与高频电磁仿真软件HFSS相结合,分析阵中每个单元的影响,减少波束赋形结果与天线实际方向图之间的差异。文中对一个微带缝隙阵列天线进行了低副瓣优化设计,设计结果和HFSS仿真结果吻合良好,两者之间差异在0.3dB范围之内,验证了设计方法的可行性。     

基于仅相位加权的阵列天线波束赋形优化方法

给出了一种仅改变相位分布的阵列天线波束赋形优化算法.在不改变阵列天线各单元的馈电幅度分布的前提下,为了使天线的辐射波束形成给定的方向图形状,采用联合应用DFP和BFGS公式的变度量优化算法对阵列天线各单元的馈电相位分布进行优化,使得优化后的阵列天线主波束形状能够与预给的波束形状吻合,从而达到设计要求.该方法为N维函数无约束极小值方法,具有快速收敛、计算量小的优点,是一种阵列天线波束赋形的通用方法.     

一种基于DFP-BFGS算法的阵列天线波束赋形方法

为优化得到给定形状的目标方向图,引入了一种基于DFP-BFGS无约束最优化算法的数值方法.优化过程是先对阵列各单元的激励幅度和相位同时优化,然后对得到的阵列激励幅度数据进行部分调整,使其更加均匀以便于馈电网络的设计.最后固定激励幅度分布,仅对相位数据进行优化.在实现对方向图主瓣波束赋形的同时,得到了较为均匀的激励幅度分布.该优化方法具有应用灵活和结果可调控的优点,是一种实现阵列天线波束赋形的实用方法.     

面阵体阵波束赋形及小型化研究

波束赋形是智能天线的重要技术之一.文章从理论上研究了面阵和体阵及小型化的波束赋形,解出了方向图函数,分析了赋形方向图的特征,并设计了一款小型化梯形体阵,以期有助于智能天线系统的管理、维护、优化和改进.     

极化智能天线的二维矢量波束形成方法研究

针对智能天线的匹配接收与干扰抑制等问题,将现有的基于均匀线阵的极化波束形成方法拓展到二维平面阵,提出了一种基于二阶锥规划的二维极化波束形成方法。在二维观测平面内,该方法通过对主瓣区域进行极化匹配设计以提高系统接收增益和主瓣干扰的抑制能力,在旁瓣区域将零陷凹面与极化约束进行叠加设计以最大限度提高干扰抑制能力,并建立最优的矢量波束优化模型,进而转化为两个等价的标量优化问题,可使用二阶锥规划求解。仿真结果表明:相对于现有的均匀线阵极化波束形成方法而言,该方法能够在方位-俯仰的二维平面上实现极化波束的约束优化,包括了主瓣极化匹配、零陷凹面的极化约束,提高了极化波束形成方法的工程实用性。      

任意形状旁瓣波束形成技术研究

在自适应零陷形成的基础上,提出了一种自适应加权算法,用于任意阵型阵列构成具有任意形状旁瓣的波束图,并考虑基元方向性对波束图的影响.给出了实现自适应加权算法的三个步骤,预先设定所需旁瓣形状及旁瓣级,采用循环,最终使旁瓣与预设形状吻合.将该算法用于均匀线阵和抛物线阵,均得到期望的结果,并与道夫-切比雪夫加权作了相应比较.研究表明,基元的方向性对该算法波束形成的影响很小,新算法可以消除基元宽带方向性对波束的影响.     

基于投影矩阵法的阵列天线波束形成方法

该文介绍一种阵列天线波束形成的新算法投影矩阵法,包括复系数、仅相位、仅幅度的波束形成技术,并推广应用到多目标波束综合设计中。文中首先给出采用投影矩阵法进行阵列天线复系数和仅相位波束形成的计算方法,然后提出仅幅度控制下的投影矩阵法,并进一步应用到多目标波束同时优化设计中。该文计算了多种工程应用例子,特别是满足全口径和多子孔径波束优化的仅幅度控制技术、满足多波束优化的仅相位控制及共用幅度优化技术,对算例的设计达到了采用优化激励系数控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了阵列天线的波束形成。仿真结果说明了投影矩阵法的有效性,适用范围广泛。      

Further discrete optimizations for continuous aperture illuminations

Two applications of an iterative procedure to establish a means of optimizing theoretical low sidelobe antenna patterns are discussed. Examples described consider discrete element linear array antennas where the parameters involved in the optimization process are coefficients ordinarily associated with continuous aperture illuminations. One application uses the iterative procedure to control far-out sidelobe levels of the far-field pattern to establish array element excitations appropriate for low sidelobe behavior throughout the entire visible region of space. The other application uses the procedure to establish beam port amplitude weightings at a minimum number of beam ports in a multibeam feed network also suitable for low sidelobe antenna pattern behavior.     

一维液晶全息编码相控阵天线设计与实现

针对小型极化相控阵雷达精确信号目标探测应用背景,为降低传统T/R相控阵天馈系统设计及调试复杂度,满足低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等应用需求,提出了一种液晶全息编码相控阵天线.主体采用小型化全息辐射单元、慢波结构、平行板波导馈电系统构成的一维全息电控扫描相控阵天线,利用成熟液晶面板制造工艺,通过控制全息辐射单元下方液晶分子的偏转状态调节天线谐振频点,组成全息编码相控阵天线.天线结构通过仿真优化确定,并在实物加工和测量基础上通过全息优化算法及电压灰度控制降低由耦合作用引入的副瓣性能恶化度,用梯度递减的搜索算法结合适当的目标函数优化算法实现方向图的最优控制.实测结果表明,该天线的波束扫描角度达到±49°,经过算法优化后,波束指向角准确度改善3°,旁瓣抑制电平改善1.7 dB.     

A Design and Analysis of Dolph-Chebyshev Microstrip Planar Array Using Butler Matrix Beamforming Networks

1　IntroductionInrecentyears,personalandmobilecellularcommunicationhasexperiencedanoverwhelmingin creaseinthenumberofusers,leadingtothehugeexpansionofcellularcommunicationsystems.Theproblemsassociatedwiththeearlyusedomnidirec tionalantennasincellularcommunicationbasesta tionsarepartlysolvedbyusingsectoredantennasorcellsectorization ;thatissplittingupa 360°areainto3or 6individualsectorsormore .Thetransmittedpowerisstillnotefficientlyutilizedbecausethean tennabeamsarestillfixedindirectionanddon…     

频率分集阵列“点”型发射方向图综合方法

波束综合技术可将雷达发射功率在感兴趣的空域汇聚,相关研究已从角度维上的聚焦发展到距离-角度二维空间上的聚焦,这种技术在高分辨率成像、远距离能量传输和医学靶向治疗等方面有广阔应用前景。针对现有基于频率分集阵列的“点”型发射方向图综合方法在分辨率和阵元间发射功率均衡性方面存在的不足,在理论分析“点”型发射方向图综合求解算法的同时,提出了基于凸优化的约束加权矩阵综合新算法。仿真结果表明,该算法在有效性、分辨率和旁瓣抑制性能方面比现有算法有较大提高。     

Pattern synthesis in small phased arrays using adaptive arraytheory

A pattern synthesis technique for low sidelobe difference and scanned beams in small phased arrays is presented. The approach is based on adaptive array theory and is a development of a technique used for beam synthesis in an ideal, λ/2 spaced, isotropic array. The method has been applied to measured element pattern data from a five element linear array, which includes the effects of pattern corruption by mutual coupling. The successful synthesis of low sidelobe sum and difference beams are demonstrated, with the look direction on and scanned off boresight     

基于二阶锥优化方法的MIMO阵列发射方向图设计

由于MIMO 阵列发射方向图通常是由期望方向图优化出信号协方差矩阵来实现,其方法运算量大且算法性能依赖参数选取等。该文提出利用基于二阶锥优化(second-order cone programs)方法的主瓣宽度约束条件下最低旁瓣波束形成构造出一组较低旁瓣的基波束,在集中式MIMO阵列的任意发射方向图可以由一组基波束合成的基础上,应用线性规划方法快速求解出构成发射方向图的基波束的比例系数。该方法设计的方向图具有更低的旁瓣和更加平滑的主瓣指向,仿真结果证实了方法的有效性。     

5G移动通信特殊成形基站天线设计

针对5G大范围覆盖的应用场景进行了设计探讨,提出通过对基站天线垂直面进行余割平方成形、以保证大范围覆盖应用场景下信号的均匀性的方法。首先通过算法推导,证明余割平方成形的功率辐射波束可满足5G信号均匀覆盖的要求;其次,采用约束最优化方法,把天线的方向性系数作为目标函数,把指定区域的波束电平作为约束函数,求解基站天线辐射单元的权值,得到满足余割平方成形的辐射方向图。在MATLAB环境下开发了实现此算法的程序。本文的创新之处在于用实际的单元方向图和约束最优化方法,在保证天线增益最优的前提下,综合出需要线阵列天线方向图。引入仰角单元与其他正常单元一起综合方向图,解决顶盲问题,是这个方法的一个应用实例。最后,仿真验证该方法,并设置场景对应用余割平方成形的天线与常规天线的信号覆盖进行比较,证明该方法对信号均匀性有极大的改善。