基于差分进化算法的时间调制圆形口径阵列天线的波束优化技术研究

摘要

随着无线电通信等技术不断发展，无线电子系统中对天线性能的要求越来越高，因为阵列天线更加容易实现超低副瓣、形成窄波束和进行波束扫描等的优点，所以现在的通信系统中愈来愈多地使用阵列天线。在使用一般的天线阵综合超低副瓣方向图时，天线单元需要的动态激励幅度范围比过高，会造成馈电网络的设计难度增大，成本增高。时间调制天线阵是通过在常规阵列阵的基础上在每个阵元上接入高速的射频开关，通过周期性的控制高速射频开关的通断来控制每个单元的激励状态，通过调整时间开关序列、激励幅度和相位，就可以实现对阵列天线方向图的控制。因此本论文主要研究的内容包括以下三个部分： 首先回顾了课题的研究背景，详细介绍了阵列天线的基本原理及直线阵的辐射特性，两种常规的阵列天线的综合方法：切比雪夫综合法、泰勒分布综合法，分析了两种方法在综合低、超低副瓣方向图时的优缺点。 其次介绍了时间调制阵列天线的基本结构和基本原理，并介绍了可变口径尺寸时间调制方式（Variable Aperture Sizes，VAS），详细分析了差分进化算法的过程，然后讲述了和差波束测角的基本理论，之后介绍时间调制阵列天线数值优化的基本原理，研究了使用差分进化算法优化时间调制阵列天线，并分别对圆口径矩形栅格和圆口径三角形栅格平面阵进行综合，最后讲述了小相位扰动约束唯相位（Phase-Only）算法的基本原理，将该方法应用到时间调制天线阵的综合中用于生成零陷，并与使用差分进化算法优化生成零点的方式进行对比。 最后主要介绍了差分进化算法中两个参数种群规模Np和交叉概率因子CR的意义以及它们的取值对算法的影响，并针对本论文中的优化问题提出高效的取值策略，将提出的取值策略应用到时间调制阵列天线综合的数值优化中，并与参考文献中提出的参数取值策略的优化性能进行对比。 本文对时间调制阵列天线的综合进行深入研究，将该综合方法应用到圆口径的阵型中，通过仿真结果验证了时间调制阵列天线综合的优势。本论文的研究印证了将时间调制阵列天线应用于实际工程中的优势。

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