[發明專利]非周期陣列天線設計方法

有效

• 申請號: 201310704401.0
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103646144B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 陳蕾;張天齡;余劍峰;王超;史小衛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H01Q21/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及通信技術，尤其涉及一種非周期陣列天線設計方法。

背景技術

陣列天線的綜合設計通常可以通過三種方法實現，分別是改變陣列單元的激勵幅度、改變陣列單元的激勵相位和改變陣列單元間的間距。但是對于改變陣列單元的激勵幅度的不等幅陣列設計方法而言，通常會出現較大的幅度激勵比，而且使用不等幅激勵也會由于陣列單元沒有工作在最大功率而影響陣列的總輻射功率；對于改變陣列單元的激勵相位的不等相位陣列設計方法而言，相對于不等幅陣列需要使用更多的陣列單元，并且需要使用價格昂貴的移相器來實現相位加權。而改變陣列單元的間距的不等間距陣列設計方法具有工作在最大輻射功率、易于實現、成本低等諸多優點。

但是不等間距陣列設計方法相較于不等幅陣列設計方法和不等相位陣列設計方法而言，存在更多難點。首先，陣列的最終單元位置會在整個陣列尺寸范圍內產生較大的變化，而且很難控制，對陣列優化的限制條件越多越不容易得到較好的優化結果；其次，陣列單元之間的互耦會隨著陣列單元間距變化而變化，從而導致單元的陣中輻射方向圖和單元有源電壓駐波比（Voltage?Standing?Wave?Ratio，VSWR）也隨之產生較大的變化。

現有技術對不等間距陣列的設計主要有兩種方法，第一種方法主要針對優化算法本身，致力于提出更快以及尋優能力更強的算法，對單元間的互耦影響不考慮或考慮較少。該方法雖然對算法方面貢獻較大，耗時較短，但綜合設計的結果僅針對理想點源，很難在實際設計中使用。第二種方法考慮單元間互耦的影響，由于陣列單元間距的變化會引起單元間互耦的變化，而為了得到較為準確的優化結果，通常在采用優化算法對陣列進行綜合設計的每一代中都采用全波分析來獲取單元的方向圖代入綜合設計中，但對于目前一般采用的如遺傳算法（Genetic?Algorithm，GA）、差分進化（Differential?Evolution，DE）等優化算法而言，每次綜合設計過程都需要進行成百上千代的進化過程，在每一代中都代入單元方向圖來計算優化得到的陣列方向圖，意味著需要相同數量的全波分析次數，因此這種方法耗時很長。若采用收斂速度較快的算法可以在一定程度上提高綜合設計速度，但是并沒有從根本上解決時間消耗問題，而且收斂速度過快也容易導致收斂到局部最優值。

另外，現有技術對不等間距陣列的設計方法對單元互耦的影響主要是考慮單元陣中的單元方向圖，提取單元陣中的單元方向圖進行優化，很少考慮單元有源電壓駐波比的惡化對整個陣列性能的影響。而實際上，單元互耦的影響對單元方向圖和有源電壓駐波比影響都較大。

發明內容

本發明提供一種非周期陣列天線設計方法，用于提供一種高效、準確的非周期陣列天線設計方法。

本發明提供一種非周期陣列天線設計方法，包括：

建立非周期陣列天線單元模型組，所述非周期陣列天線單元模型組用于作為非周期陣列天線中天線單元的模板組合，所述非周期陣列天線單元模型組中包括至少兩個天線單元模型，其中每個天線單元模型與相鄰的始天線單元模型的間距均不同，并且每個天線單元模型的方向圖和有源電壓駐波比均滿足設計要求；

建立初始非周期陣列天線模型，所述初始非周期陣列天線模型中包括至少三個天線單元；

對所述初始非周期陣列天線模型依次循環使用優化算法綜合優化、根據優化結果更新所述非周期陣列天線模型并使用所述非周期陣列天線單元模型組中的天線單元模型更新天線單元、全波分析處理，當在一次循環處理過程中使用所述優化算法得到的方向圖和使用全波分析得到的方向圖誤差不超過預設閾值時，得到非周期陣列天線的設計結果。

本發明提供的非周期陣列天線設計方法，在對非周期陣列天線的設計過程中，首先建立非周期陣列天線模型組，然后使用優化算法對非周期陣列天線進行優化，根據優化結果更新非周期陣列天線模型并將非周期陣列天線中的天線單元替換為非周期陣列天線模型組中的天線單元模型，從而消除陣列天線單元間互耦對有源電壓駐波比的影響，最后對優化后的非周期陣列天線模型進行全波分析，并對優化結果全波分析誤差較大的非周期陣列天線模型進行迭代優化，由于在每次迭代的過程中，僅進行了一次全波分析，并通過建立非周期陣列天線模型組消除了由于天線互耦對有源電壓駐波比的影響，從而使設計結果得到的非周期陣列天線既準確又節約優化時間。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的非周期陣列天線設計方法實施例一的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的非周期陣列天線設計方法實施例二的流程圖；