基于幅度加权的电控扫描天线波束控制方法研究

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

摘要 .......................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II

第1章绪论 (1)

1.1课题研究背景及意义 (1)

1.2国内外研究现状 (3)

1.2.1 天线波束控制方法研究现状 (3)

1.2.2 电控扫描天线研究现状 (4)

1.3论文主要研究内容 (6)

1.4论文结构安排 (6)

第2章液晶电控扫描微带漏波天线理论研究 (8)

2.1微带漏波天线理论 (8)

2.1.1 漏波天线的概念 (8)

2.1.2 微带漏波天线理论基础 (9)

2.2液晶材料的电磁学特性 (11)

2.3基于全息理论的幅度加权 (13)

2.4本章小结 (15)

第3章仅幅度加权的波束控制方法理论研究 (16)

3.1电控扫描微带漏波天线波束控制分析 (16)

3.2基于遗传算法的幅度加权波束控制方法 (19)

3.2.1 遗传算法介绍 (19)

3.2.2 遗传算法实现波束控制 (21)

3.3基于全息理论的幅度加权波束控制方法 (23)

3.3.1 全息理论实现波束控制 (24)

3.3.2 基于回溯线性搜索实现副瓣抑制 (26)

3.3.3 基于极值搜索控制系统实现副瓣抑制 (28)

3.4本章小结 (34)

第4章仅幅度加权的波束控制方法实际应用 (35)

4.1液晶电控扫描微带漏波天线设计概述 (35)

4.2多端口馈电微带漏波天线模拟验证 (37)

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

4.2.1 单元仿真分析 (37)

4.2.2 方向图波瓣控制验证 (39)

4.2.3 方向图形状控制验证 (42)

4.3液晶电控扫描微带漏波天线实际设计 (45)

4.3.1 液晶电控实现幅度加权 (46)

4.3.2 液晶电控实现方向图波瓣控制 (48)

4.3.3 液晶电控实现方向图形状控制 (55)

4.4本章小结 (57)

结论 (58)

参考文献 (59)

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (64)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (65)

致谢 (66)

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

第1章绪论

1.1 课题研究背景及意义

天线波束控制，即天线方向图综合或者天线波束赋形技术，指的是确定天线的各种设计参数和设计指标，对辐射单元的形式、位置、排列方式、以及单元激励的幅度和相位进行优化[1]，从而得到理想的天线辐射特性或者说期望的远场方向图。对于每一种天线在通信系统中的应用，天线波束控制都是至关重要的。

事实上，在过去的近60年里，在阵列天线波束控制领域，已经研究出了一系列的波束控制方法。从优化方法的角度可以分为两类：传统的波束控制方法以及基于算法的波束控制方法。传统的波束控制方法有Dolph-Chebyshev综合法和Taylor综合法，傅立叶变换法、Woodward-Lawson法，窗函数法等[2,3]。基于智能算法的波束控制方法有遗传算法(Genetic algorithm)，模拟退火算法(Simulated annealing algorithm)，粒子群算法(Particle swarm optimization)等[4-6]。从激励权值的优化的角度可以分为三类：第一种同时控制单元的幅度和相位[7]，第二种仅控制单元的相位[8,9]，第三种仅控制单元的幅度[10]。

传统的波束控制方法计算过程虽然简单，但适用范围窄，对于复杂的天线阵列，很难利用上述的方法进行优化。随着智能算法的出现，多种算法相互结合的方式逐渐开始应用于天线波束控制的研究中[11,12]，很好的解决了多波束天线和共形天线等很多方向图复杂的波束控制难题[13,14]。

纵观以往的研究发现，一般都是对阵列天线或者是相控阵天线进行波束控制，而且控制方法多集中在同时优化单元的幅度和相位，或者单元幅度相同仅改变单元相位来实现天线波束控制。然而，对于不改变单元的相位，仅幅度加权的波束控制方法研究的比较少，这种优化方法能够避免复杂的相位计算，不需要引入移相器环节，可以应用到漏波天线的波束控制中，所以将会本文围绕幅度加权的波束控制方法展开深入研究。

随着空间技术的发展，对于天线设计的要求越来越高，不仅要具有小型化、高增益、窄波束等性能，还要求天线波束能够做快速的扫描。仅靠天线机械运动是无法实现的，因此，电控扫描天线逐渐进入人们的视野。

频率扫描天线，指波束指向随工作频率的改变而变化，不断向前或者向后