基于時域瞬態(tài)特性的Vivaldi波束掃描陣列天線研究.pdf

1、脈沖超寬帶技術(shù)具有定位精度高、傳輸速率高、穿透能力強、抗干擾能力強、保密性好等其他通信技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在無線通信、地質(zhì)探測、雷達測距定位及基于位置的服務(wù)（Location-based services，LBS）等領(lǐng)域，令基于脈沖超寬帶技術(shù)的時域波束掃描陣列天線具有十分廣闊的應(yīng)用前景。脈沖超寬帶信號的時域瞬態(tài)特性決定了脈沖超寬帶天線的研究與傳統(tǒng)基于頻域的天線研究不同，因而在時域?qū)γ}沖超寬帶天線開展研究具有十分重要的理論意義和

2、應(yīng)用價值。
　　本文基于時域瞬態(tài)特性對應(yīng)用于 LBS系統(tǒng)的Vivaldi波束掃描陣列天線進行了研究，探索了開展脈沖超寬帶天線的時域分析方法，明晰了脈沖超寬帶天線脈沖信號波形選擇的原則及波束掃描陣列天線的工作機理，以波形保真度和能量方向圖兩個重要時域特性參數(shù)作為評價指標進行脈沖超寬帶天線的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了在全頻段、全波束掃描范圍內(nèi)對多個天線指標參數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計，解決了頻域方法無法直接給出脈沖超寬帶天線的時域響應(yīng)、難以描述其全帶寬內(nèi)

3、性能、難以直接針對其時域特性進行優(yōu)化等問題。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　（1）脈沖超寬帶天線的時域特性建模。本文首先從通信系統(tǒng)的角度給出了脈沖超寬帶天線的無失真?zhèn)鬏敆l件以及波形保真度、能量方向圖等重要時域參數(shù)的定義；對脈沖超寬帶天線發(fā)射及接收脈沖信號的過程進行時域特性建模；研究了不同激勵信號對于脈沖超寬帶天線波形保真度的影響，提出了基于波形保真度進行脈沖信號選擇的方法；并分析了一種重要的脈沖超寬帶天線—Vivaldi天線的時域特

4、性參數(shù)，為本文后續(xù)研究工作提供了理論依據(jù)及數(shù)據(jù)參考。
　?。?）改進了標準差分進化算法和多目標優(yōu)化廣義差分進化算法。通過對脈沖超寬帶天線的優(yōu)化設(shè)計問題進行建模，并結(jié)合電磁仿真優(yōu)化問題的特點對標準差分進化算法和多目標優(yōu)化廣義差分進化算法加以改進，使其在優(yōu)化過程的不同階段具有不同的變異策略和控制參數(shù)，在種群多樣性和收斂速度之間取得相對平衡的同時增強了算法的局部尋優(yōu)能力；并將改進的差分進化算法應(yīng)用于介質(zhì)加載Vivaldi天線的優(yōu)化設(shè)計以

5、及后續(xù)的波束掃描陣列的優(yōu)化設(shè)計中。
　　（3）Vivaldi天線空間波形保真度的優(yōu)化設(shè)計。本文重點針對時域波束掃描陣列天線的工作特點，提出了一種基于介質(zhì)加載在空間范圍內(nèi)改善Vivaldi天線波形保真度的方法，并通過對介質(zhì)加載Vivaldi天線的設(shè)計與實現(xiàn)驗證了該方法的有效性。
　?。?）一維及二維時域波束掃描陣列時域方向圖特性研究。本文給出了一維及二維時域波束掃描陣列的方向圖綜合一般性方法，分析了不同間距的一維及二維均勻波束