稀布平面阵列天线的优化设计研究

摘要

稀布阵列天线可利用更少的天线单元对相同孔径下的均匀阵列天线性能进行逼近,从而降低成本;在天线数目相同的条件下,具有更窄的主波束宽度,增强系统性能;同时阵元间距的增大使得阵元间的互耦效应减弱;另外,稀布天线阵列的设计可以使得馈电网络得到简化,降低系统复杂度。以上各优点使得稀布阵列天线颇具实用性,特别是天线增益要求不高,同时又需要窄的波束宽度的工程应用中得到越来越多的应用。
　　阵元数目的减少会使得旁瓣电平提高,为了解决高旁瓣电平的问题,因此需要对稀布阵列天线的阵元位置和激励进行优化。本文研究的是给定阵列形状前提下,对阵元数目、阵元位置、电流激励的幅度和相位进行优化设计,获得尽量低峰值旁瓣电平和期望辐射方向图的稀布阵列天线。文中针对阵列孔径、阵元数目和间距多约束条件下研究了一种降维优化方法;运用矩阵束方法对稀布平面阵列天线进行优化设计。主要内容和创新之处为:
　　1.介绍了阵列天线的基本概念,推导了阵列天线的方向图函数计算公式,并给出了用于稀布平面阵列天线的优化设计模型。
　　2.研究了基于遗传算法的降维处理优化方法,并对同心9圆环稀布阵列进行优化设计。该方法改进了圆阵综合中阵元分布优化的不足,实现了圆环上的阵元数目和位置的同时优化,并降低了平面阵列优化方法的复杂性。
　　3.将矩阵束方法运用于稀布线阵和稀布平面阵的优化设计中,通过低秩矩阵估计新的阵元数,重构阵元位置和激励,在一定的误差范围内逼近期望方向图。该方法是一种非迭代的方式保证全局最优,并使得计算效率显著提高。
　　4.基于矩阵束方法研究了扩展矩阵束方法以及扩展前后向矩阵束方法,并对多波束方向图的稀布直线阵列和稀布可分离平面阵列进行优化,仿真结果证明这两种方法实现了多方向图的非均匀阵列天线优化。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外现况和发展

1.3 论文结构和内容安排

第二章 阵列天线的基本原理和优化算法简介

2.1 阵列天线的基本原理

2.2 遗传算法简介

2.3 矩阵束方法

2.4 本章小结

第三章 稀布圆阵的降维优化

3.1 优化模型

3.2 圆阵与线阵的转换关系

3.3 基于遗传算法的优化步骤

3.4 仿真实例

3.5 本章小结

第四章 稀布平面阵列的矩阵束方法优化

4.1 基于矩阵束方法的稀布线阵优化

4.2 基于矩阵束方法的可分离平面阵优化

4.3 基于矩阵束方法的不可分离平面阵优化

4.4 仿真实例

4.5 本章小结

第五章 基于矩阵束方法的多方向图阵列优化

5.1 优化模型

5.2 扩展矩阵束方法

5.3 扩展前后向矩阵束方法

5.4 仿真实例

5.5 本章小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果