间映射算法优化共形天线阵方向图特性
第二章 天线阵

变化关系曲线
kd , kd 的区间称为可对应的 F 才是均匀 直线阵的阵因子。可视区内的方向图形状与 d 和ξ同 时有关, 适当调整 d 和ξ可获得良好的阵因子方向图。
n 1,2,3,.... ) ,会出现四个极大值方向,两个在 0 和
方向端射,两个在 2 和 3 2 方向边射。
端射阵的可视区为 2kd ,0 或者 0,2kd ,为了得到 单一的端射方向图、 避免出现栅瓣, 必须有 2 kd 2 , 即 d max 2 。 普通端射阵的性能参数: 1) 方向函数 只讨论最大辐射方向为 0 的情况。将 kd 代 入均匀直线阵的方向函数, 得到端射阵的方向函数为:
kd cos 2n cos
0 ,180
2 n
代入阵函数可知, 在 0 和 180 的方向上, 阵函数 也出现了最大值,即出现了栅瓣(Grating Loble) 。栅 瓣会造成天线辐射功率的分散,并且容易受到严重的 干扰。边射阵的可视区为 kd , kd ,为防止出现栅瓣, 必须使 kd max 2 ,即 d max ,通常取 d 1 1 N 。 边射阵的性能参数: 1) 方向函数 将 0 代入均匀直线阵的方向函数,即可得到边 射阵的方向函数:
F a ( ) 1 N sin Nkd cos 2 kd cos sin 2
2) 零功率波瓣宽度
令 Fa 0 ,则有:
sin Nkd cos 0 2 n 0,1,2,....
得到
Nkd cos n 2
其中 n 0 对应主波束, n 1 对应于主波束两边的零 点,零点位置为:
共形球面阵天线的三维方向图综合算法

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天线设计中的优化算法应用探讨

天线设计中的优化算法应用探讨关键信息项:1、优化算法的类型及特点名称:____________________________优势:____________________________适用场景:____________________________2、天线设计的性能指标增益:____________________________带宽:____________________________方向性:____________________________阻抗匹配:____________________________3、优化算法在天线设计中的应用流程数据采集与预处理:____________________________模型建立:____________________________算法选择与参数设置:____________________________优化执行与结果评估:____________________________4、实验验证与结果分析实验条件:____________________________结果对比与分析:____________________________误差分析与改进措施:____________________________11 引言在天线设计领域,优化算法的应用对于提升天线性能具有重要意义。
本协议旨在深入探讨优化算法在天线设计中的应用,明确相关的技术要点和流程,为天线设计的优化提供指导和规范。
111 优化算法概述优化算法是一类用于寻找最优解的数学方法。
在天线设计中,常用的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。
112 优化算法的类型1121 遗传算法基于生物进化原理,通过选择、交叉和变异等操作,逐步搜索最优解。
1122 粒子群优化算法模拟鸟群的觅食行为,通过粒子之间的信息共享和协作来寻找最优解。
1123 模拟退火算法借鉴固体退火过程,以一定的概率接受劣解,避免陷入局部最优。
天线工程设计基础课件:阵列天线

性,根据电磁波在空间相互干涉的原理,把具有相同结构、
相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起,并通过适
当的激励达到预定的辐射特性,这种多个辐射源的结构称为
阵列天线。根据天线阵列单元的排列形式,阵列天线可以分
为直线阵列、平面阵列和共形阵列等。
阵列天线
直线阵列和平面阵列形式的天线常作为扫描阵列,使其主波
波束最大值方向,则
阵列天线
6. 2. 2 天线阵的分析
1. 均匀线阵的分析
相邻辐射元之间距离相等,所有辐射元的激励幅度相同,
相邻辐射元的激励相位恒定的线阵就是均匀线阵,如图 6.2所示。列天线图 6.2 均匀线阵
阵列天线
1 )均匀线阵方向图
若 n 个辐射元均匀分布在 z 轴上,这时单元的位置坐标
向图函数。当阵列单元相同时, f n (θ , ϕ ) = f ( θ , ϕ ),
对于均匀直线阵有 I n = I 0 ,上式可化为
阵列天线
其中
阵列天线
式(6-62 )为方向图乘积原理,即阵列天线的方向图函
数等于阵列单元方向图函数与阵列因子的乘积。 S (θ , ϕ )
称为阵列因子方向图函数,它和单元数目、间距、激励幅度
单元共轴排列所组成的直线阵,阵列中相邻单元的间距均为
d ,设第 n 个单元的激励电流为 I n ej β n ,通过将每个阵列
单元与一个移相器相连接,使电流相位依次滞后 α ,
阵列天线
将单元 0 的相位作为参考相位,则 βn =nα 。由几何关系可
知,当波束扫描角为 θ 时,各相邻单元因空间波程差所引起
瓣指向空间的任一方向。当考虑到空气动力学以及减小阵列
天线的雷达散射截面等方面的要求时,需要阵列天线与某些
去除天线间互耦的方法

去除天线间互耦的方法天线间的互耦是指当多个天线放置在靠近的位置时,它们之间会相互影响,导致天线性能下降或产生干扰。
为了解决这个问题,可以采取以下几种方法去除天线间的互耦效应。
1.调整天线之间的距离和角度天线之间的距离和角度是影响互耦效应的关键因素。
将天线的间距增加,尽量减小天线之间的距离,可以减少互耦效应。
同时,调整天线的角度,使得天线之间的辐射方向正交,也可以减少互耦效应。
2.使用方向性天线方向性天线具有较小的辐射角度,能够更好地限制辐射范围,减少互耦效应。
通过选择合适的方向性天线并调整其指向性,可以有效地降低天线间的互耦。
3.使用隔离结构和衰减材料在多天线系统中,可以采用隔离结构和衰减材料来减少天线间的互耦效应。
通过增加隔离结构的导电屏蔽,可以减少电磁波的耦合;而通过使用吸收材料来吸收辐射能量,也可以减少天线之间的互耦。
4.采用天线阵列和波束形成技术天线阵列和波束形成技术可以通过改变天线阵列的几何结构和相位控制,实现对天线的指向性调节。
通过选择合适的波束形成算法和调节阵列天线的相位,可以减小天线间的互耦效应。
5.使用中频和高频选择技术在多天线系统中,可以采用中频和高频选择技术,通过在频域上选择不同的工作频率,避免天线之间的互耦。
这样可以实现频域上的选择性辐射,减少天线间的互耦效应。
6.优化天线设计在设计天线时,可以通过使用合适的天线结构和调整设计参数,来减小天线之间的互耦效应。
例如,采用补偿结构或减小天线的尺寸,能够减少对附近天线的影响,从而降低互耦效应。
总之,去除天线间互耦的方法主要包括调整天线之间的距离和角度、使用方向性天线、使用隔离结构和衰减材料、采用天线阵列和波束形成技术、使用中频和高频选择技术以及优化天线设计。
通过综合应用这些方法,可以有效地减少天线间的互耦效应,提高天线系统的性能。
共形相控阵天线仿真与优化

达散射截面积 , 具有 隐身性能好、 突防能力强等优点, 因此共形相控 阵天线 已成为雷达导 引头天线技术发展 的重要方 向【 5 _ 6 1 。 天线是雷达导引头主要的能量转换器件 , 它将发射信号转换为 空间辐射场 , 并将 目标反射的回波信号转换为导波场送给接收机 , 因 2任 意有 向阵 列 方向 图 函数 此天线设计在雷达导 引头设计中 占有重要地位 。 雷达导 引头天线的 设 Ⅳ个天线单元安装于任一曲面上 , 如 图1 所示 , 假设第 n个阵 发展主要经历了锥扫天线、 单脉冲抛物面天线 以及波导裂缝阵天线。 元的位置为 , . z ) , 则其对应 的位置矢量为 :
低 于 一1 2 d B。
关键词 : 共形 相控 阵 波束特 性 中 图分类 号: T N 8 2 l 文献标 识码: A
文章编 号 : 1 0 0 7 . 9 4 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 5 . 0 1 0 2 . 0 2
Abs t r ac t : A me t ho d o f a r b i t r a r y c o n f o r ma l a nt e n na pa t t e m t r a n s f or ma t i on ro f m g l o b a l c o or d i n a t e s t o l oc a l c o or d i n a t e s i s g i ve n i f r s d y. The n a c o n i c l a c o n f or ma l a r r a y wi t h c o nf i g u mf io n o fe q u a l a n g l e i s m od e l e d . At l a s t t h e be a m pe fo r r ma n c e wi t h he t c o n i f g u mf io n i s a n ly a z e d , s i mu l a t i o n r e s u l t s ho ws t he be a m wi d t h i S a n d he t s i d e l o be l e ve l i s l o we r t ha n -1 2 d B.
天线方向图及归一化概念

天线方向图及归一化概念天线的方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。
完整的方向图是一个三维的空间图形,如图3.1所示。
它是以天线相位中心为球心(坐标原点),在半径r足够大的球面上,逐点测定其辐射特性绘制而成。
测量场强振幅,就得到场强方向图;测量功率,就得到功率方向图;测量极化,就得到极化方向图;测量相位,就得到相位方向图。
若不另加说明,本书说述方向图均指场强振幅方向图。
三维空间方向图的测绘十分麻烦,实际工作中,一般只需测得水平面和垂直面(即XY平面和XZ平面)的方向图就行了。
图1 测量方向图的坐标天线方向图可以用极坐标绘制,也可以用直角坐标绘制。
极坐标方向图的特点是直观、简单,从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。
但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时,直角坐标绘制法显示出更大的优点。
因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取,例如即使不到1°的主瓣宽度也能清晰地表示出来,而极坐标却无法绘制。
图2所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。
图2方向图的表示法(a)极坐标(b)直角坐标一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强E(θ,φ)/Emax,这里E(θ,φ)是任一方向的场强值,Emax是最大辐射方向的场强值。
因此,归一化最大值是1。
对于极低副瓣电平天线的方向图,大多采用分贝值表示,归一化最大值取为零分贝。
图3所示为直角坐标中用归一化场强和分贝值表示的同一天线方向图。
图3 归一化方向图以下为实测的方向图(采用直角坐标系并归一化,单位为dB )DEG1-1发垂直极化方位±8°方向图-1.5-1.2-0.9-0.6-0.30.00.30.60.91.21.5d BDEG1-7发垂直极化方位±3°测交叉极化方向图。
共形相控阵关键技术

共形相控阵关键技术随着通信技术的发展,人们对通信设备的要求也越来越高。
相控阵技术是一种基于电子束的无线通信技术,被广泛应用于雷达、通信、航空、导航等领域。
共形相控阵技术是相控阵技术的一种新型应用,它具有很多优点,如高精度、低功耗、小体积、高可靠性等。
本文将介绍共形相控阵技术的原理、特点和关键技术。
一、共形相控阵原理共形相控阵技术是一种基于电子束的无线通信技术,它的原理是通过多个天线单元来发射和接收信号,通过控制每个天线单元的相位和振幅,可以实现对信号的定向传输和接收。
相比传统的天线阵列,共形相控阵技术具有更高的灵活性和可调性,可以根据不同的应用场景进行调整和优化。
共形相控阵技术的原理可以用以下图示来说明:图 1 共形相控阵原理示意图在共形相控阵系统中,每个天线单元都有一个相位控制器和一个振幅控制器,通过控制这两个参数,可以实现对信号的定向传输和接收。
例如,在图1中,当需要将信号传输给接收器1时,天线单元1和天线单元3的相位和振幅会被调整,使得它们的信号能够在空间中相遇,从而形成一个定向的电子束,直接传输到接收器1。
同样的,当需要将信号传输给接收器2时,天线单元2和天线单元4的相位和振幅会被调整,使得它们的信号能够在空间中相遇,从而形成一个定向的电子束,直接传输到接收器2。
这样一来,就可以实现对不同接收器的信号传输和接收。
二、共形相控阵特点共形相控阵技术具有很多优点,如高精度、低功耗、小体积、高可靠性等。
下面将分别介绍其特点。
1、高精度共形相控阵技术可以精确控制每个天线单元的相位和振幅,从而实现对信号的定向传输和接收。
这种技术可以使得信号的传输和接收更加精确和准确,从而提高通信质量和可靠性。
2、低功耗共形相控阵技术可以根据实际需求来调整天线单元的相位和振幅,从而降低功耗。
相比传统的天线阵列技术,共形相控阵技术可以节省很多能量,从而提高设备的使用寿命和稳定性。
3、小体积共形相控阵技术可以将多个天线单元集成在一起,形成一个小型的天线阵列。
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万方数据
万方数据
第2期吴召海,谢拥军等:空间映射算法优化共形天线阵方向图特性
203
O.001,柱体半径口=50mm。
设探针角度%=90。
不变,贴片宽度形、长度L和探针位置乙选用论文[7]中的优化结果[形,工,乙]:[28.7,39.3,6.3]
mm。
本文的优化参数为贴片单元的振幅(锄),相
位(phase)和夹角(9)。
图2
柱面矩形贴片阵结构示意图
2.2粗糙模型
由腔膜理论邛],贴片单元水平面的电场表达式为:
E:
垒!!竺里
÷
垡
.。
9一“(n仃/口)2一磕cos2p]角碰2’’(五。
asinp)
J.螂(妒一以)(一si蝴)一』盟÷垡.
1c0甲(妒一,7/2)cosp‰
Ij20口sin29
i≥耳2’’(Ij}0nsinp)
p2
fsir妒(9一霄/2)(一si珥砜),m=0,2,4,…
赢前×i唧(9一以)嘞,m:1,3一.
(3)
其中,
其中K是单元的振幅,EL(9)是与基准单元夹角为n△9的单元电场函数。
图3天线阵分布示意图
2.3遗传算法优化粗糙模型
取振幅(am)的优化范围为(0.1:0.9),相位(phase)的优化范围为(5:175),夹角(鳓的优化范围为(一80±2,0±2,80±2)。
优化目标为天线阵
的最大辐射方向口。
=20。
采用遗传算法进行优
化得到最优的参数为砌=(O.6006,O.4025,
O.6166),phase=(105.2900,41.2669,55.2757),p=(一79.2950,一0.3374,78.1258)。
最优参数的归一化增益方向图如图4所示,满足优化目标。
O
A:业掣e一如【l-(一1)。
e嘣删】(4)。
%锻三三
㈣
c。
=赫cos[象(圹圳×
‰2石毫:硫∞8【丽婶一叩1)J×cos【爰(zP训k(嚣)
矗(筇)=学
(6)(7)
铲∞嚣铲∞嚣㈩
em
2
12,m≠o,%2
12,,l≠o。
(8)
其中,%为等效探针半径,一般取为实际探针半径的4.5倍。
由圆形天线阵理论归1对于图3所示的天线阵的水平电场分量为
E(妒)=∑UEL(9一n△咖)e’梳“‘矿一n却’
(9)
德狳擦裂刘一j,V、/L
2lN
端
图4粗糙模型最优归一化方向图
2.4
ASM优化精细模型
㈣公司的电磁仿真软件H麟为用户提供了
、‰脚本【121编程接口,当碰到重复复杂的建模过程时,
我们就可以使用№dab创建Vbs脚本文件自动建模,
这样大大地方便了建模过程也减少了重复过程中的失误。
本文的AsM是一个自动优化的过程,我们正好使用Matlab创建Vbs脚本文件并调用HF胬实现了自动修改结构参数建模仿真优化。
令精细模型初始点参数
为锄=(0.6006,O.4025,O.6166),pllase:(105.2900,
41.266{9。
55.2757),目=(一79.2950,一0.3374,78.1258)。
图5为精细模型初始参数结果与粗糙模型最优参数结果对比图,可以看出,精细模型在初始点不
满足设计目标。
使用ASM优化,经过3步迭代,精细模
型的最大辐射方向为B。
=20p,达到设计目标,优化结
束。
最终的精细模型设计参数为枷=(0.4364。
O
5
O
5
一Ⅻ
一
万方数据
204电子器件第33卷
0.51lO,0.8290),phase=(119.5256,47.3617,79.7698),p=(一80.1102,0.4675,79.5294)。
图6为精细模型最优参数结果与粗糙模型最优参数结果对比图。
由此可以看出,通过这种方法利用ASM优化天线阵方向图,只需计算很少次数的精细模型就可以实现粗糙模型和精细模型分别采用腔膜理论结合圆形天线阵理论和全波电磁仿真软件HFSS进行分析,是天线优化设计上的一种新方法。
参考文献:
优化目标,极大的减少了计算时间,提高了设计效率。
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O
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2lo\i:—/j50
180
——∞arsemodel
——finemocIel
图6精细模型最优结果与粗糙模型最优结果对比图
3结论
本文将空间映射算法推广到共形天线阵的优化设计中,并首次对天线的方向图特性进行优化。
以待优化的天线的相应理论作为粗糙模型,从而达到准确而且计算速度快的目的,避免了基于矩量法以粗剖分作为粗糙模型的有效性和计算速度的矛盾,
吴召海(1986一),男,硕士生,研究方
向为空间映射算法,叭lzhaohai.1986@
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