[發(fā)明專利]準均勻陣元間距毫米波低副瓣電平串饋微帶天線參數(shù)設計方法

有效

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• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108470090B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 王海明;嚴建杰;尹杰茜;余晨;洪偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發(fā)明公開了一種準均勻陣元間距毫米波低副瓣電平串饋微帶天線參數(shù)設計方法，采用電磁場全波仿真軟件與差分進化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)相結(jié)合進行天線參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化。在給定約束條件的情況下，獲得天線陣元的間距、陣元的諧振長度和陣元寬度的優(yōu)化解。采用DEA，可以將波束寬度、波束偏轉(zhuǎn)角、天線陣元的間距、陣元的諧振長度和陣元的相對寬度作為優(yōu)化的約束條件輸入。本發(fā)明參數(shù)實現(xiàn)的串饋微帶天線具有低副瓣電平的特點。相比等間距的切比雪夫理想點源陣列，在相同波束寬度的情況下，準均勻陣元間距的串饋微帶天線的副瓣電平接近于切比雪夫理論解給出的副瓣電平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種準均勻陣元間距毫米波低副瓣電平串饋微帶天線參數(shù)設計方法；基于一種目前應用廣泛的串饋微帶天線結(jié)構(gòu)，采用電磁場全波仿真軟件結(jié)合差分進化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)聯(lián)合優(yōu)化天線陣元的間距、陣元寬度和陣元長度，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

天線是無線移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。隨著第五代移動通信的快速發(fā)展和對毫米波頻段的開發(fā)應用，對體積小、成本低、高增益以及易集成的毫米波頻段天線產(chǎn)生迫切需求。微帶天線具有易共形、易集成、易獲得各種極化和多頻段工作等優(yōu)點。而串饋結(jié)構(gòu)的天線陣相比并饋天線陣，結(jié)構(gòu)更緊湊，體積更小。副瓣電平是天線的一個十分重要的參數(shù)?，F(xiàn)有的工作在毫米波頻段的串饋微帶天線陣，一般利用切比雪夫分布、泰勒分布等經(jīng)典分布算法，利用陣元振幅的錐削分布，調(diào)整陣元的寬度，實現(xiàn)對副瓣電平的抑制。但是，在毫米波頻段，陣元之間的互耦效應和微帶饋線的寄生輻射越加明顯，陣元的寬度和陣元振幅不成正比例關(guān)系，手動調(diào)節(jié)或利用電磁場全波仿真軟件自帶的優(yōu)化方法調(diào)節(jié)陣元寬度沒法實現(xiàn)給定的電流振幅分布。因此，在滿足窄波束的情況下，無法同時獲得與切比雪夫分布或泰勒分布理論解接近的副瓣電平。也就是說，單單采用電磁場全波仿真軟件優(yōu)化的到的副瓣電平往往與切比雪夫分布理論或者泰勒分布理論解給出的副瓣電平差距較大。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了使毫米波串饋微帶天線在滿足一定波束寬度的情況下，實現(xiàn)更低的副瓣電平，除陣元寬度可調(diào)外，加入陣元間距和陣元長度作為兩組新的可調(diào)參數(shù)，從而設計出比等間距串饋微帶天線性能更優(yōu)的準均勻陣元間距串饋微帶天線。本發(fā)明采用電磁場全波仿真軟件結(jié)合差分進化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)聯(lián)合優(yōu)化，設計了中心饋電和端點饋電的準均勻陣元間距串饋微帶天線的參數(shù)。本發(fā)明方法實現(xiàn)的天線可以產(chǎn)生更低的副瓣電平，而且天線的輻射特性相比現(xiàn)有的等間距串饋微帶天線沒有惡化。

技術(shù)方案：一種準均勻陣元間距毫米波低副瓣電平串饋微帶天線參數(shù)設計方法，通過電磁場全波仿真軟件結(jié)合差分進化算法(Differential Evolution Algorithm,DEA)聯(lián)合優(yōu)化，尋找在要求的波束寬度和波束偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，滿足工程約束條件的副瓣電平優(yōu)化解。

DEA優(yōu)化算法包括主函數(shù)、主函數(shù)調(diào)用的多個子函數(shù)和需要優(yōu)化的適應度函數(shù)，在主函數(shù)和需要優(yōu)化的適應度函數(shù)中，引入陣元寬度、陣元長度、陣元間距和波束寬度、波束偏轉(zhuǎn)角的約束條件。主函數(shù)調(diào)用的多個子函數(shù)可直接從相關(guān)的MATLAB工具箱獲得。

適應度函數(shù)中的線陣方向圖數(shù)據(jù)由電磁場全波仿真軟件準確獲得，可從中提取副瓣電平、波束寬度和波束偏轉(zhuǎn)角，然后在一系列由電磁場全波仿真軟件導出的遠場方向圖中，淘汰不滿足波束寬度和波束偏轉(zhuǎn)角要求的解，尋找副瓣電平優(yōu)化解；在DEA主函數(shù)中，加入陣元間距、陣元寬度和長度的約束條件，確保聯(lián)合優(yōu)化給出的解在工程實踐上可行、易于加工。

天線陣中陣元間距在小范圍內(nèi)優(yōu)化，為準均勻陣元間距結(jié)構(gòu)。此準均勻陣元間距的串饋微帶天線模型以中心饋電和端點饋電兩種形式實現(xiàn)，天線模型包括中心饋電模型和端點饋電模型。天線最終采用印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)工藝加工。