新型快速陣列天線方向圖綜合方法的研究.pdf

1、目前，陣列天線已經(jīng)被廣泛地應用于雷達和通信電子系統(tǒng)中。通過改變陣元數(shù)目、排布方式、陣元間距、陣元位置、激勵分布等參數(shù)能夠實現(xiàn)期望的方向圖，這是單個天線所不能達到的。反過來，根據(jù)期望的方向圖對陣列天線參數(shù)進行設計則稱為陣列天線方向圖綜合。
　　經(jīng)典的陣列天線方向圖綜合方法有道爾夫-切比雪夫方法、泰勒方法、微擾法、伍德沃德-勞森抽樣法、傅里葉級數(shù)方法等。這些方法對于特定的問題可以獲得較好的結果，但對于復雜問題卻難以找到確定的綜合公式，

2、例如多目標和多參數(shù)優(yōu)化問題等。本文將在以下四個方面對陣列天線方向圖綜合問題進行研究:第一，尋找普適、高效的綜合方法，應對多種陣列天線優(yōu)化問題;第二，為了更準確地設計天線系統(tǒng)，應考慮天線單元之間的互耦和實際激勵分布;第三，大規(guī)模陣列天線優(yōu)化問題，解決內(nèi)存和時間成本問題;第四，陣列天線方向圖的快速計算方法。
　　針對以上問題進行研究，本文的主要貢獻如下:
　　1.受到啟發(fā)將專制制度與傳統(tǒng)的遺傳算法相結合，提出了一種改進型的遺傳算

3、法—多種群首領決策遺傳算法(Multi-population leader dominating genetic algorithm,MPLDGA)。該算法具有收斂速度快、全局搜索能力強、消耗時間短等優(yōu)點，適宜處理多種陣列天線優(yōu)化問題。
　　方向圖和副瓣電平是常見的優(yōu)化目標，通過分析這兩項指標的意義和相互制約關系給出了該類問題的處理方法。首先將方向圖賦形作為首要優(yōu)化目標，然后對得到的方向圖進行微小調整并主要地對副瓣電平進行抑制。采

4、用MPLDGA算法分別針對陣列天線方向圖綜合中的連續(xù)優(yōu)化和組合優(yōu)化問題進行處理，并得到了滿意的結果。
　　2.對微波級聯(lián)網(wǎng)絡進行研究，構造并引入了理想無耗對稱互易網(wǎng)絡(Ideal losslesssymmetrical reciprocal network, ILSRN)用來解決任意微波網(wǎng)絡的復雜級聯(lián)問題，將復雜級聯(lián)問題轉化成標準的一對一連接問題而不改變先前微波網(wǎng)絡的性能?；趶V義微波網(wǎng)絡級聯(lián)算法，首次提出了考慮互耦效應時陣列天線

5、實際激勵系數(shù)的計算公式，給出了一種快速精確的陣列天線方向圖綜合方法。
　　應用該技術分別在微波電路和陣列天線方面進行設計。在微波電路方面，優(yōu)化設計了一個寬帶高隔離度魔-T。其等效電路被分解為一系列子網(wǎng)絡，將子網(wǎng)絡的級聯(lián)計算嵌入到遺傳算法中并對端口散射特性進行優(yōu)化，得到了具有良好阻抗匹配特性、高隔離度、良好平衡性的寬帶高隔離度魔-T。在陣列天線方面，提出了一種新型快速波導縫隙天線設計方法，替代了傳統(tǒng)的Elliott方法，根據(jù)這種方法

6、成功地設計了兩類波導縫隙天線陣列。最后，利用該技術精確預計了一個二元天線陣列的端口散射特性，通過對饋電網(wǎng)絡進行優(yōu)化改善了整個天線系統(tǒng)的端口阻抗匹配。
　　3.針對大規(guī)模陣列天線優(yōu)化問題提出了分塊策略。將諸多的優(yōu)化參數(shù)進行分塊處理，每次僅對一個模塊進行優(yōu)化，包含于其它模塊的優(yōu)化參數(shù)以其當前最優(yōu)解作為反饋條件。該方法大大減少了每次處理問題的規(guī)模，使得能夠采用傳統(tǒng)的優(yōu)化算法（例如遺傳算法等）來解決大規(guī)模陣列天線的優(yōu)化問題，降低了計算機的

7、內(nèi)存需求并減少了計算時間。此外，該方法從隨機的初始化參數(shù)開始搜索，能夠充分利用進化算法的全局搜索能力而不需要先驗知識。采用該分塊策略和混合遺傳算法，首先優(yōu)化設計了具有3，600個陣列單元的相位分布，實現(xiàn)了對中國大陸版圖的波束覆蓋。其次，優(yōu)化設計了10，000個陣列單元的相位分布，在給定增益損失條件下對副瓣電平進行最小化設計。
　　4.將GPU(Graphic Processing Unit)技術應用于陣列天線方向圖綜合中，實現(xiàn)了陣