[發(fā)明專利]一種陣列天線優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011178868.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112329223B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 李黎;平學偉
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

1.一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)確定布置天線陣元的分布范圍、主瓣寬度、最大副瓣電平、陣元最小間隔；

2)在該分布范圍區(qū)域內(nèi)，定義一組電流密度基函數(shù)，以天線方向圖主瓣寬度內(nèi)功率最小為優(yōu)化目標，以電流密度的最大值以及副瓣電平最大值為約束對電流密度基函數(shù)的系數(shù)進行優(yōu)化，得到整個區(qū)域內(nèi)的電流密度分布；所述的電流密度基函數(shù)的表達式如下：

公式(I)中，y、z為y、z軸坐標，Y、Z為矩形沿著y、z方向的兩條邊長度，a_i、b_i為待求系數(shù)，M、N為y方向與z方向的基函數(shù)個數(shù)，i為基函數(shù)編號，是一個非負整數(shù)；

3)對電流密度進行積分，求得天線陣元的位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟1)中，天線陣列為二維平面陣列，天線陣元位于矩形區(qū)域內(nèi)，且均分布在平行于矩形兩條垂直邊的P行Q列直線的交點處，在該區(qū)域內(nèi)以矩形的兩條邊為YZ坐標軸，垂直與YZ平面的方向為X軸定義笛卡爾坐標系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟2)中，所述的式(I)中，將以下約束作為優(yōu)化約束條件：

其中，公式(II)限定陣元間的最小間隔，公式(III)和公式(IV)限定天線為P行Q列陣元；d為天線陣元之間的最小間隔。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟2)中，所述的公式(I)中，優(yōu)化目標為公式(V)：

其中，公式(V)中，θ₀為陣列主波束方向與z軸夾角，為陣列主波束方向在xy平面的投影與x軸的夾角，Δθ為θ方向主波束寬度的一半，為方向主波束寬度的一半；為方向圖函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟2)中，對所述的公式(V)，將以下副瓣電平約束作為優(yōu)化約束條件：

當θ≥θ₀+Δθ或θ≤θ₀-Δθ (VI)；

當或

公式(VI)-公式(VII)中，ε為預先給定的正實數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟2)中，優(yōu)化方法為內(nèi)點法，對電流密度基函數(shù)的系數(shù)進行優(yōu)化。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種陣列天線優(yōu)化方法，其特征在于：步驟3)中，所述的對電流密度進行積分，具體為：根據(jù)優(yōu)化后的電流密度分布函數(shù)，通過求解下式得到陣元位置：

m、n為非負整數(shù)，yⁱ⁺¹為y表示i+1次方，Yⁱ為Y的i次方，zⁱ⁺¹為z的i+1次方，Zⁱ為Z的i次方；其中，陣列中任意一個陣元的方向圖函數(shù)通過下式求得：

其中，為當陣元位于坐標原點且激勵電流振幅為1時的方向圖函數(shù)，λ為波長，(0，y，z)為陣元坐標，A為陣元激勵電流的振幅，α為陣元激勵電流的初始相位；確定了陣列的主波束方向后，陣列中位于(0，y，z)處的陣元上激勵電流的初始相位為：

上式中，θ₀為陣列主波束方向與z軸夾角，為陣列主波束方向在xy平面的投影與x軸的夾角。