天线阵面的优化与仿真
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》范文
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》篇一一、引言随着移动通信技术的快速发展，用户对无线通信系统的性能和可靠性提出了更高的要求。
移动通信多频阵列天线是无线通信系统中至关重要的部分，它对系统性能和用户体验产生深远的影响。
因此，本论文旨在研究移动通信多频阵列天线的优化设计，以提高其性能和可靠性。
二、多频阵列天线设计1. 需求分析在设计多频阵列天线时，首先需要明确其应用场景和需求。
这些需求包括工作频率、增益、极化方式、波束宽度等。
针对不同的需求，设计出不同的阵列结构和天线单元。
2. 阵列结构选择多频阵列天线的阵列结构是影响其性能的关键因素。
常见的阵列结构包括线阵、面阵等。
选择适当的阵列结构，可以有效地提高天线的增益和波束指向性。
3. 天线单元设计天线单元是多频阵列天线的基本组成部分。
根据应用需求和阵列结构，设计出不同形状和尺寸的天线单元。
同时，要保证天线单元在多个频率上具有良好的性能。
三、阵列优化方法1. 遗传算法遗传算法是一种优化算法，通过模拟自然进化过程，对多频阵列天线的阵元位置、相位差等参数进行优化。
这种方法可以有效地提高天线的性能和可靠性。
2. 神经网络算法神经网络算法是一种机器学习方法，可以用于预测和优化多频阵列天线的性能。
通过训练神经网络模型，可以找到最优的阵列结构和参数组合，从而提高天线的性能。
四、实验与结果分析为了验证所设计的多频阵列天线的性能和优化效果，我们进行了实验测试和分析。
首先，我们设计了不同结构的天线单元和阵列结构，然后通过仿真和实测的方式对天线的性能进行了评估。
实验结果表明，经过优化的多频阵列天线在多个频率上具有较高的增益和良好的波束指向性。
同时，我们还对遗传算法和神经网络算法的优化效果进行了比较，发现这两种方法都可以有效地提高天线的性能和可靠性。
五、结论与展望本论文研究了移动通信多频阵列天线的优化设计，通过选择适当的阵列结构和天线单元，以及采用遗传算法和神经网络算法等优化方法，提高了天线的性能和可靠性。
有源相控阵天线结构仿真分析
第３７卷第１期２０２０年１月机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.３７Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２０收稿日期:２０１９－０５－２６基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４９０６６４)作者简介:顾叶青(１９７９－)ꎬ男ꎬ江苏苏州人ꎬ研究员级高级工程师ꎬ主要从事有源相控阵雷达天线结构设计方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１３９１３３６５２６１＠１３９.ｃｏｍＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４５５１.２０２０.０１.０１１有源相控阵天线结构仿真分析∗顾叶青ꎬ孙为民ꎬ余㊀觉(南京电子技术研究所ꎬ江苏南京２１００３９)摘要:针对当前有源相控阵天线设计过程中亟需进行合理的结构力学仿真ꎬ以确保天线的环境适应性要求㊁精度以及刚强度性能的问题ꎬ分别对天线结构力学仿真㊁有限元模型修正和结构优化分析过程进行了分析ꎮ结合舰载㊁机载㊁车载㊁星载等不同雷达天线结构的特点ꎬ阐述了未来雷达天线结构力学仿真的重点在于强冲击㊁振动疲劳㊁动态载荷等作用下的天线刚强度分析ꎬ以及天线系统功能一体化优化设计ꎻ利用两个工程设计案例ꎬ讨论了有限元模型修正以及结构尺寸优化在有源相控阵天线结构设计中的应用效果ꎮ研究结果表明:对有限元模型进行适当的修正ꎬ可显著提高相控阵天线力学仿真的精度ꎻ通过对天线结构进行尺寸优化ꎬ能够在确保天线力学性能的前提下实现轻量化ꎮ关键词:有源相控阵天线ꎻ结构力学仿真ꎻ模型修正ꎻ结构优化中图分类号:ＴＨ１１４ꎻＯ３４２㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００１－４５５１(２０２０)０１－００５９－０５ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａＧＵＹｅ￣ｑｉｎｇꎬＳＵＮＷｅｉ￣ｍｉｎꎬＹＵＪｕｅ(ＮａｎｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００３９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌａｐｐｒｏａｃｈｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙꎬａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎬａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｎｔｅｎｎａｗｅｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄ.Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ￣ｔｉｃｓｏｆｓｈｉｐｂｏｒｎｅꎬａｉｒｂｏｒｎｅꎬｖｅｈｉｃｌｅ￣ｂｏｒｎｅꎬｓｐａｃｅｂｏｒｎｅꎬａｎｄｍｉｓｓｉｌｅ￣ｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａｓｗｅｒｅａｌｌｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.Ｉｔｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｆｕｔｕｒｅｆｏ￣ｃｕｓｅｓｌｉｅｉｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｅｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｕｎｄｅｒｓｔｒｏｎｇｉｍｐａｃｔꎬｖｉｂｒａｔｉｏｎｆａｔｉｇｕｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄ￣ｉｎｇ.Ｔｗｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉ￣ｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅａｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙꎬａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃａｎｈｅｌｐｔｏａｃｈｉｅｖｅｌｉｇｈｔｅｒａｎｔｅｎｎａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｅｑｕａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ０㊀引㊀言随着现代信息战争需求和科技的不断发展ꎬ有源相控阵体制在可靠性㊁隐身性㊁抗干扰能力和多目标攻击能力等方面均有大幅度提升ꎬ已成为现代雷达产品的主流ꎮ有源相控阵天线已越来越多地应用于陆基㊁海基㊁空基㊁以及天基雷达中ꎮ有源相控阵天线内部安装有Ｔ/Ｒ组件㊁子阵组件㊁馈电网络㊁电源等大量电子设备ꎬ与一般反射面天线相比ꎬ其天线结构除承受风载㊁冰雪㊁自重等载荷ꎬ还必须要能够承受安装在其内部的电子设备的重量ꎮ这些设备的重量往往是天线结构自重的数倍ꎬ约占天线阵面总重的２/３ꎮ因此ꎬ这些都对天线结构的刚强度(尤其是动载荷作用下的刚强度)提出了更高的要求[１￣２]ꎮ由于现代有源相控阵天线结构和功能日趋复杂ꎬ成本㊁研制周期等限制条件均会对天线整体结构的试验产生制约ꎮ针对这一问题ꎬ利用以有限元理论为基础的力学仿真技术ꎬ模拟理论模型和大型试验模型已经成为主流的科研手段ꎮ本文将对有源相控阵天线的结构力学仿真㊁有限元模型修正以及结构优化分析过程进行综合评述ꎬ最后针对两个工程案例进行具体讨论ꎮ１㊀天线结构力学仿真分析１.１㊀天线结构仿真的主要内容天线结构的力学仿真计算步骤主要包括:(１)结构模型化(创建天线结构的几何模型以及划分有限元网格)ꎻ(２)施加边界条件(施加约束条件㊁施加载荷条件)ꎻ(３)设置天线结构的材料特性及定义单元属性ꎻ(４)设置分析参数并提交分析ꎻ(５)计算结果的处理等ꎮ天线结构力学仿真的类型主要有: (１)静力学仿真分析ꎮ通过常规的静力计算对天线结构的静态强度进行校核ꎻ(２)动力学仿真分析ꎮ研究时变/频变载荷对天线结构整体或部件力学性能的影响ꎬ分析过程中需考虑阻尼㊁惯性等效应的作用ꎻ(３)屈曲分析ꎮ研究天线结构在特定载荷下的稳定性ꎬ确定天线结构失稳的临界载荷等问题[３]ꎮ对各类天线结构力学性能有限元建模㊁仿真过程进行归纳ꎬ天线结构力学仿真应遵循的准则有: (１)天线结构件的取舍不应改变原有真实受力状况下的传力路径ꎻ(２)单元的选取要能够代表天线结构中相应部位的真实应力状态ꎻ(３)有限元网格的剖分应适应应力梯度的变化ꎬ以保证数值解的收敛ꎻ(４)元素的连接处理应反映节点位移的真实情况(连续或不连续)ꎻ(５)相关元素的参数选取应保证天线结构的刚度等效ꎻ(６)边界约束条件的处理应符合天线结构的真实支撑状态ꎻ(７)质量的堆聚应满足质量㊁质心㊁惯性矩及惯性积的等效要求ꎻ(８)当量阻尼计算应符合能量等价要求ꎻ(９)天线结构中载荷的简化不应跨越主要受力构件ꎮ１.２㊀典型天线结构力学仿真特点典型天线阵面力学仿真图如图１所示ꎮ不同使用环境条件下的雷达产品ꎬ其承受的环境载荷形式各不相同ꎬ进行天线结构力学仿真的侧重点也有所不同ꎬ具体如下:图１㊀典型天线阵面力学仿真(１)舰载有源相控阵天线必须要承受舰上武器系统发射㊁轮机组及水下冲击等引起的振动冲击载荷ꎮ为了避免舰载天线结构发生共振破坏ꎬ要求整个天线阵面装舰后ꎬ其固有频率避开舰体外部干扰力的频率[４]ꎮ同时ꎬ对于舰载相控阵天线ꎬ强冲击环境条件是天线仿真校核的重点ꎻ(２)由于飞机上振动工况居多ꎬ机载雷达天线结构在仿真设计中ꎬ通常要进行动力学分析ꎬ以给出产品在振动载荷作用下的加速度响应和应力响应[５]ꎮ但是ꎬ对于机载雷达天线在振动载荷作用下的疲劳破坏形式㊁破坏机理以及振动疲劳寿命评估ꎬ还需进一步重点关注ꎻ(３)对于车载高机动有源相控阵天线ꎬ在结构力学仿真过程中ꎬ通常需进行风载荷作用下的强度校核ꎮ其中ꎬ天线阵面的风压分布由经验公式获得[６]ꎬ利用有限元软件可仿真计算出天线阵面的应力分布ꎮ但是ꎬ在风载荷动态脉动以及雷达天线转动条件下ꎬ天线阵面的风压分布会发生持续变化ꎬ导致天线阵面根部支耳㊁车体撑腿等连接关键区出现应力幅ꎬ可能导致雷达系统产生结构疲劳ꎮ因此ꎬ动态风载荷仿真是未来车载天线设计校核的重点ꎮ此外ꎬ星载㊁弹载有源相控阵天线ꎬ其体积和重量往往都有严格限制ꎬ天线结构力学仿真是关键环节ꎮ通常有源相控阵天线受内部设备布局的限制ꎬ无法通０６ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３７卷过直接增加天线结构厚度的方法提高天线结构的刚强度ꎮ一个较好的解决方法是巧妙合理地利用阵面内大量的电子设备结构ꎬ通过功能结构一体化设计ꎬ将离散结构设计为连续的阵面骨架受力结构ꎬ从而减轻重量ꎬ增加天线阵面整体或局部的刚强度[７]ꎮ可利用的电功能件包括Ｔ/Ｒ组件㊁电源组件㊁子阵㊁射频馈线网络㊁走线层等ꎻ结构功能件包括冷却水道管网㊁各种形式的导轨结构以及各种走线支架等ꎮ通过天线系统功能结构一体化设计优化和系统仿真技术ꎬ可以减轻天线重量ꎮ２㊀天线结构有限元模型修正２.１㊀模型修正基本理论在对天线结构进行有限元建模分析的过程中ꎬ不仅要对实际天线结构系统进行离散化ꎬ还需要对天线结构的几何特征㊁边界约束条件等作力学上的等效简化ꎮ当结构的形状或受力情况复杂时ꎬ等效简化所得的仿真结果可能与实际结果存在明显差异ꎮ此外ꎬ不同的简化方式往往也会造成完全不同的仿真结果ꎮ因此ꎬ为了提高有限元仿真的精度ꎬ增强仿真结果与真实结果的逼近程度ꎬ有必要对有限元模型进行修正分析[８]ꎮ有限元模型修正是以实际结构试验或工作的响应为目标ꎬ以有限元模型的各种力学特征为修正对象ꎬ以合理的修正理论及修正算法为基础和手段ꎬ以一定的收敛准则为判别标准的系统工程ꎮ有限元模型的物理和力学特征主要包括材料参数㊁连接方式㊁加载方式㊁边界条件和阻尼模式等ꎮ有限元模型修正理论包括有限元误差理论㊁修正变量及其敏感度分析理论ꎬ以及目标函数构建方法ꎮ误差是有限元模型修正的前提ꎬ其主要包括３类: (１)对连续的工程结构进行离散化ꎬ可产生阶次误差ꎬ其随着阶次提高而降低ꎻ(２)建模过程中ꎬ对实际结构进行简化所产生的结构误差ꎮ例如ꎬ在有限元模型中ꎬ忽略圆角导致模型的质量㊁刚度矩阵与实际存在差异ꎻ(３)对非线性的材料属性或边界条件进行常量化或线性化ꎬ导致参数误差[９]ꎮ为了减小误差ꎬ通常选取结构的设计参数ꎬ如密度㊁弹性模量㊁截面积㊁惯性矩等作为修正变量ꎬ对有限元模型进行改进ꎮ在修正过程中ꎬ预先对修正变量进行敏感度分析ꎬ遴选出对结构响应影响较为关键的变量ꎬ可减小计算分析的工作量ꎮ假设结构的响应输出Ｆ满足:Ｆ＝ｆ(ｐ)ꎬｐ＝[ｐ１ꎬｐ２ ｐｎ](１)式中:ｐ ｎ个设计参数组成的向量矩阵ꎻｐ０ 设计参数的初始设计值ꎮ则设计参数对输出响应的敏感度系数矩阵为:Ｓ＝∂ｆ∂ｐｐ＝ｐ０(２)目标函数是描述有限元模型静动特性与试验模型相应特性相关程度的表达式ꎮ有限元模型修正的目标ꎬ就是通过对修正变量进行设计改进ꎬ从而使目标函数的值趋于最小ꎬ实现有限元模型与试验模型的响应吻合ꎮ有限元模型修正流程图如图２所示ꎮ图２㊀有限元模型修正流程图２.２㊀模型修正案例某星载天线子阵面结构如图３所示ꎮ图３㊀某星载天线子阵面结构其尺寸为７００ｍｍˑ４００ｍｍˑ６０ｍｍꎬ主要由辐射单元层㊁复合材料框架层和有源模块层组成ꎮ其中ꎬ复材框架层为天线主受力构件ꎬ辐射单元与有源模块分别安装于框架两侧ꎮ天线子阵面的安装边界条件为左右对称ꎬ共１０个螺栓连接点ꎮ为了确保天线电性能的实现ꎬ本文对阵面结构在动态载荷下的刚强度进行仿真ꎮ利用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件ꎬ建立子阵面有限元模型(图３)ꎮ复合材料蜂窝夹芯板采用壳单元建立ꎬ芯层采用体单元和壳单元共同建立ꎮ蜂窝板和天线单元间有电路板ꎬ采用体单元建立ꎮ安装于蜂窝板上的有源模块ꎬ采用壳单元建立ꎮ利用ＰＡＴＲＡＮ和ＮＡＳＴＲＡＮ软件ꎬ对结构进行ｚ方向的频响分析ꎬ并依次记录下激振频率分别为１０Ｈｚ㊁２０Ｈｚ ８０Ｈｚ条件下ꎬ结构上某测点的加速度响应值ꎮ进一步ꎬ笔者在子阵面冲击试验台中ꎬ利用加速度传感器ꎬ实测激振频率在１０Ｈｚ~８０Ｈｚ条件下该测点的加速度响应ꎮ测点加速度仿真值与试验值对比如表１所示ꎮ１６第１期顾叶青ꎬ等:有源相控阵天线结构仿真分析表１㊀测点加速度仿真值与试验值对比频率/Ｈｚ加速度试验值/(ｍｍ ｓ－２)加速度仿真值/(ｍｍ ｓ－２)模型修正前模型修正后相对偏差/(％)模型修正前模型修正后１０４１２２７.２８４１１８１.６６４１２２７.６５０.１１１０.００１２０６２４５５.７１６２１７０.６９６２４５７.９５０.４５６０.００４３０１６９１６１.１７１６７３２６.２１６９１７４.４０１.０８５０.００８４０１９１２２９.７７１８７２０９.８１９１２５５.１０２.１０２０.０１３５０２２９１３４.９８２２０５５５.８２２９１７８.３０３.７４４０.０１９６０３００９６１.４４２８１１０７.９３０１０２８.２０６.５９７０.０２２７０４７２８９７.１９４１３８６９.５４７２９６３.８０１２.４８２０.０１４８０１１７４１４３.３８８６７２６７.３１１７３８８６.００２６.１３６０.０２２㊀㊀从表１可以看出:仿真与试验测试结果之间存在较为明显的差异ꎬ且随着激励频率的提高ꎬ仿真值与试验值的差距急剧增大ꎬ两者之间的相对偏差最大达到２６.１３６％ꎮ为了提高有限元仿真的精度ꎬ本文对有限元模型进行修正ꎮ定义有限元模型修正的目标函数为ꎬ仿真及试验结果在各个频率点下测点加速度的均方差ꎮ实际分析中ꎬ共选取８个测点ꎬ目标函数如下:Ｙ＝１８ð８ｉ＝１１ｊð８ｊ＝１ａｅｉꎬｊ－ａｓｉꎬｊａｅｉꎬｊæèçöø÷２ð８ｊ＝１１ｊ(３)式中:ｉ 测点编号ꎻｊ 频率点编号ꎻａｅｉꎬｊ 测点ｉ在ｊ频率下的加速度试验值ꎻａｓｉꎬｊ 测点ｉ在ｊ频率下的加速度仿真值ꎮ通过分析ꎬ本文选取了蜂窝材料属性ꎬ以及螺栓刚度分量等８１个参数作为初始修正变量ꎮ进一步ꎬ在敏感度分析的基础上ꎬ将修正变量的个数缩减到３５个ꎮ被忽略的变量主要包括螺栓的侧向抗压刚度㊁抗弯刚度以及剪切刚度ꎮ将修正后的模型再次进行运算ꎬ可得到测点在不同激励频率下的加速度响应(如表１所示)ꎮ显然ꎬ此时修正模型与试验模型的响应效果吻合度非常好ꎬ仿真值与试验值的相对偏差最大不超过０.０２２％ꎮ可见ꎬ相比模型修正前ꎬ有限元仿真的精度提升达１１８８倍ꎮ３㊀天线结构优化分析３.１㊀结构优化基本理论理想的雷达天线结构设计ꎬ需满足刚强度指标ꎬ符合结构轻薄化㊁成本低廉㊁可靠性好等优点ꎮ随着有限元法和数学规划理论的发展ꎬ使人们不仅有了强大的结构分析工具软件ꎬ还有了一套系统的优化设计方法[１０]ꎮ从设计对象和变量的特点来看ꎬ结构优化设计可分为３个层次:(１)尺寸优化ꎮ是在确定的形状下ꎬ对构件的截面㊁性质等进行优化ꎬ其设计变量通常为截面尺寸㊁截面积㊁惯性矩等ꎻ(２)形状优化ꎮ主要用来确定结构的边界或内部的几何形状ꎬ达到改善结构的受力状况和应力分布ꎬ降低局部区域应力集中的目的ꎻ(３)拓扑优化ꎮ一般旨在寻求结构刚度在设计空间最佳的分布形式ꎬ或结构最佳的传力形式ꎮ工程中的大多数优化问题属于带约束条件的非线性数学规划问题ꎮ非线性规划问题的求解方法大致分为３类:(１)可行方向法ꎮ从可行点出发ꎬ每次迭代都沿着下降的方向进行搜索ꎬ从而求出目标函数值下降的新可行点ꎻ(２)罚函数法ꎮ根据约束函数和目标函数ꎬ构造具有惩罚效果的目标函数序列ꎬ从而将约束问题转化为无约束问题ꎬ逐渐逼近优化问题的最优解ꎻ(３)基于序列近似的思想ꎬ可将原目标函数的求解转化为对序列子问题的优化求解ꎮ例如ꎬ对目标函数进行二次泰勒展开ꎬ并将约束条件线性化ꎬ将原非线性数学规划问题转化为二次规划问题ꎮ近年来ꎬ通过模拟生物行为或自然现象ꎬ形成了一系列具有自组织性㊁自适应性的智能优化算法ꎬ如遗传算法㊁模拟退火算法㊁蚁群算法和粒子群算法等ꎬ为求解复杂的工程优化设计问题提供了新的技术手段ꎮ３.２㊀结构优化案例本文结合某工程实例进行具体详细的说明ꎮ某天线系统骨架结构如图４所示ꎮ图４㊀某天线系统骨架结构图４中ꎬ该天线要求在保证雷达阵面精度的情况下ꎬ使天线阵面尽量实现轻量化ꎬ需要对天线结构进行２６ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３７卷尺寸优化ꎮ因此ꎬ建立该天线结构的有限元模型ꎮ优化设计的主要目标为天线舱骨架的重量ꎮ优化的约束条件为ꎬ天线阵面在２５ｍ/ｓ风速的正风载荷作用下ꎬ不考虑结构自重ꎬ阵面最大变形量ɤ８ｍｍꎮ定义优化模型的各个要素如下:(１)设计变量为每层天线舱骨架钢梁的截面尺寸ꎬ梁宽Ｗꎬ梁高Ｈ和厚度Ｔ(Ｔ＝ｔ１＝ｔ２)ꎬ截面梁有１２个品种ꎬ共３６个设计变量ꎬ变量的优化范围为其初始值的ʃ６０％ꎻ(２)目标函数为天线舱骨架重量(Ｗｅｉｇｈｔ)ꎻ(３)设计约束条件为天线阵面在目标正风载荷作用下的最大容许变形量(８ｍｍ)ꎮ通过仿真分析ꎬ本文得到前１８个敏感度影响因子如图５所示ꎮ图５㊀前１８个敏感度影响因子天线阵面重量迭代优化过程如图６所示ꎮ图６㊀天线阵面重量迭代优化过程根据最终结果可知:优化后骨架重量为３２０ｔꎬ相对初始状态减重达到１２０ｔꎬ结构重量减轻了２７.３％ꎬ结构优化效果显著ꎮ４㊀结束语本文对有源相控阵天线的结构力学仿真㊁有限元模型修正ꎬ以及结构优化分析过程进行了综合评述ꎻ针对不同形式的雷达产品ꎬ分别阐述了其进行力学结构仿真的特点ꎬ和需要重点关注的问题ꎮ具体有:(１)舰载雷达天线结构仿真ꎮ未来的研究重点在于强冲击环境下的力学性能校核ꎻ(２)机载天线力学仿真ꎮ需要重点关注振动载荷作用下的疲劳仿真ꎻ(３)考虑到车载天线的服役环境ꎬ其力学仿真应当主要关注动态风载荷条件下的强度校核ꎻ(４)受制于体积和重量的约束ꎬ星载和弹载雷达结构仿真未来的关注点则在于系统功能结构一体化优化设计ꎮ最后ꎬ本文针对两个工程案例进行了详细讨论ꎬ利用有限元模型修正ꎬ使某星载天线子阵面结构仿真的精度最高提升达１１８８倍ꎻ而通过对某地面雷达天线做尺寸优化ꎬ可使其在确保刚强度性能的条件下ꎬ结构减重达２７.３％ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀唐宝富ꎬ钟剑锋ꎬ顾叶青.有源相控阵雷达天线结构设计[Ｍ].西安:西安电子科技大学出版社ꎬ２０１６.[２]㊀杨㊀静ꎬ王志海.某车载雷达天线骨架结构优化设计[Ｊ].电子机械工程ꎬ２０１５ꎬ３１(２):５２￣５８.[３]㊀龙㊀凯ꎬ贾长治ꎬ李宝峰.Ｐａｔｒａｎ２０１０与Ｎａｓｔｒａｎ２０１０有限元分析从入门到精通[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１１.[４]㊀方㊀同ꎬ薛㊀璞.振动理论及应用[Ｍ].西安:西北工业大学出版社ꎬ１９９８.[５]㊀郭先松ꎬ孔令兵ꎬ刘小飞.机载预警雷达天线发展趋势及关键技术[Ｊ].现代雷达ꎬ２０１５ꎬ３７(１２):１９￣２４.[６]㊀王春圆.巨型射电望远镜风荷载特性的数值模拟研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学机电工程学院ꎬ２０１２.[７]㊀曾天俊.军民两用雷达天线薄壁件关键制造技术路径研究[Ｊ].机电信息ꎬ２０１５(３６):１１２￣１１４.[８]㊀杨玉霞ꎬ李艳钰.基于贝叶斯方法的收割机发动机盖有限元模型修正[Ｊ].农业化研究ꎬ２０１９(９):２５０￣２６０.[９]㊀张㊀欣ꎬ于㊀澜ꎬ张㊀淼.数学规划法在有限元模型修正中的应用[Ｊ].长春工程学院学报ꎬ２０１８ꎬ１９(４):１１９￣１２４.[１０]㊀胡㊀峰ꎬ王志海.基于优化驱动法的雷达天线结构设计与仿真优化[Ｊ].机械工程与自动化ꎬ２０１５(３):４０￣４２[编辑:程㊀浩]本文引用格式:顾叶青ꎬ孙为民ꎬ余㊀觉.有源相控阵天线结构仿真分析[Ｊ].机电工程ꎬ２０２０ꎬ３７(１):５９－６３.ＧＵＹｅ￣ｑｉｎｇꎬＳＵＮＷｅｉ￣ｍｉｎꎬＹＵＪｕｅ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｃｔｉｖｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２０ꎬ３７(１):５９－６３.«机电工程»杂志:ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｍｅｅｍ.ｃｏｍ.ｃｎ３６ 第１期顾叶青ꎬ等:有源相控阵天线结构仿真分析。
圆波导喇叭天线的仿真与组阵.
圆波导喇叭天线的仿真与组阵【摘要】：喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。
CST 目前是全球最大的纯电磁场仿真软件公司，提供完备的时域频域全波算法和高频算法，覆盖通信、国防、电子、电气、汽车、医疗和基础科学等领域。
利用CST 圆波导喇叭天线进行仿真与组阵，可以让我们更有效、方便地了解喇叭天线，对其特性作出判断。
关键词：CST；喇叭天线；仿真；组阵引言：传统的天线设计方法总是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，由于一般的书本理论均建立在近似分析的基础上，故设计初只能得到计算理论上的模型，而后根据实际实验进一步调整设计，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵。
因此随着计算机技术的发展，采用现代计算机为基础的电磁场数值仿真、优化分析方法必将成为设计师的首要选择。
可求解任意三维射频器件的电磁场分布，可直接得到特征阻抗、传播系数、S 参数、辐射场、天线方向图等结果。
自适应网格抛分技术、快速扫频、全波spice 技术以及大矩阵快速压缩算法技术的应用大大提高了求解精度和速度。
一、圆波导喇叭天线介绍喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便，方向图也比较简单而容易控制，一般作为中等方向性天线。
频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。
合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。
因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。
图1 圆波导喇叭天线二、喇叭天线的发展和应用在微波波段，采用各种波导传输电磁波能量，常用的波导是矩形和圆形截面波导，也有用椭圆形截面波导的。
平面阵如何提高辐射效果？
平面阵如何提高辐射效果？一、优化阵列结构平面阵作为一种常用的天线结构，其辐射效果不仅受到天线元件的影响，还与阵列结构有关。
因此，优化阵列结构是提高平面阵辐射效果的关键。
1. 选用合适的阵列元件平面阵的辐射效果受到阵列元件的选择和布置方式的影响。
在选择天线元件时，需要考虑其频率响应、增益和辐射图案等参数。
可以根据实际需求选用合适的天线元件，如微带天线、功率放大器等。
同时，合理的布置方式也可以提高辐射效果。
2. 优化阵列排列方式不同的阵列排列方式对平面阵的辐射效果有不同的影响。
常见的排列方式包括线性排列、矩阵排列和环形排列等。
根据具体应用场景选择合适的阵列排列方式，可以使平面阵获得更好的辐射效果。
二、提高阵列天线的辐射效率提高阵列天线的辐射效率可以进一步提升平面阵的辐射效果。
以下是提高天线辐射效率的几种方法：1. 减少天线元件的损耗天线元件中的电源损耗、辐射损耗和导引损耗等都会降低辐射效率。
因此，要尽量减少天线元件中的损耗，选择低损耗材料和优化设计，从而提高天线的辐射效果。
2. 提高天线结构的匹配性能天线的匹配性能也会影响辐射效率。
通过调整天线的结构参数、优化反射系数等方法可以提高天线与传输线或者射频源的匹配性能，从而提高辐射效率。
3. 优化天线系统的驱动电路天线系统的驱动电路也会对辐射效率产生影响。
通过优化驱动电路的设计，减小驱动信号的失真、提高功率的传输效率，可以提高天线的辐射效率。
三、增强天线辐射能力除了优化阵列结构和提高天线辐射效率外，还可以通过增强天线辐射能力来提高平面阵的辐射效果。
以下是几种增强天线辐射能力的方法：1. 天线阵列的波束调控技术通过波束调控技术，可以控制天线阵列的辐射方向和辐射范围，使其更加聚焦和集中。
这样可以提高平面阵的辐射效果，使其具备更强的辐射能力。
2. 天线阵列的自适应调整自适应调整是指根据环境的变化和实际需求，对天线阵列进行自动调整和优化。
通过引入自适应调整技术，可以使平面阵在不同的工作环境下都能保持良好的辐射效果。
大型有源相控阵雷达天线阵面风冷优化设计
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图 3 高频箱内流场分布
图 4 风机仿真工作点
3 试验验证
结合 CFD 仿真结果，根据高频箱实际结构尺寸，采用 1：1 尺寸模拟半高频箱及内部组 件、电源锯齿形散热器通风部分，并且按照高频箱的结构布局，采用可调速风机进行通风测 试，试验原理如图 5。
在部分翅片模拟件进风口布置风速监测点，用于入口风速测试；在测压口布置风压监测 点，用于压损测试。将风机通电开启，待高频箱内风场稳定后，进行风速和风压数据采集。
针对高频箱结构特点，采用强迫风冷形式进行散热设计。考虑到风机必须安装在高频舱 内，对风机的尺寸有严格限制；另外，采用风冷的内部电子设备通风阻力较大，采用多个直 流轴流风机并联通风。结合高频箱结构设计，风机主要布置在高频舱侧面和底部，出风口均 安装防雨百叶窗；进风口布置在高频后门板上，在进风口同样设置防雨百叶窗和高性能三防 空气过滤器，防止盐雾与水汽直接进入高频箱，从过滤器进入高频箱的冷却风穿过发射组件 和电源的锯齿型散热器进入回风腔，并通过安装在高频箱回风腔两侧和底部的轴流风机抽出， 返回大气空间，同时带走高频箱热量。整个风冷原理如图 1 所示。
Optimization design of air cooling for the antenna array of large active phased array radar
Shu Ying
(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210013, China) Abstract：Hydromechanics simulation software combined with simulation experiment is adopted to analyze and research heat elimination of the air cooling system for the antenna array of the large active phase array radar. The simulation analysis are carried out on the forced air cooling system for the antenna array to calculate the relationship between the wind rate and pressure loss, based on which, the calculation result is compared with experimental result to get a series of industrial reliable and authentic design methods. Consequently, the key technical issue about thermal design of air cooling system in power electronics equipment is resolved. Keywords：Force Air-Cooling, Thermal Design, Simulation
微波天线阵列的设计和优化
微波天线阵列的设计和优化一、微波天线阵列介绍微波天线阵列是由多个微波天线组合而成的一种天线体系，其基本原理是通过相位控制和干涉原理实现波束的形成和指向性的增强，并能对频率等参数进行调整，具有广泛的应用领域，包括通信、雷达、遥感、医疗等多个领域。
二、微波天线阵列的设计原理1.阵列类型根据工作原理和结构形式，微波天线阵列可以分为线性阵列、平面阵列和体阵列。
其中，线性阵列的天线通常排列在直线上，并在阵列内控制不同发射元件的相位和幅度以实现波束的方向和形状调节。
平面阵列的天线则按照二维矩阵排列，在水平和垂直2个方向调节，可以实现二维扫描和形状的调节。
体阵列则将发射元件分布在三维空间内，可以实现三维扫描和形状的调节。
2.天线类型微波天线阵列所用的天线类型包括共面波导、喇叭天线、曲面反射器和微带天线等。
共面波导具有宽频、高增益、小差拍和耐高功率等特点，常与宽带天线矩形阵列搭配使用；喇叭天线具有方向性好、易制造等优点，适合于高频率的微波天线阵列；曲面反射器天线由反射器和发射元件组成，可以实现大范围的无级调节，适用于高精度需求的应用场景；微带天线则具有小体积、低成本、方便组合等特点，适用于对天线大小和重量有要求的应用场景。
3.阵列设计要点微波天线阵列的设计要点包括频率选择、发射元件数目和相位控制、天线选择和波束的形状和指向性控制。
通过合理筛选不同类型天线和设计参数，以达到所需的天线性能和应用需求。
4.阵列优化方法微波天线阵列的优化方法包括基于粒子群算法、神经网络、遗传算法和遗传模拟退火等多种方法。
其中，基于遗传算法和遗传模拟退火的方法适用于大规模微波天线阵列的优化问题，可以快速得到优化结果，并且具有良好的鲁棒性和容错性。
基于神经网络和粒子群算法的方法适用于小规模阵列的优化问题，能够更好地解决多目标任务和非线性优化问题。
三、微波天线阵列的应用领域1.通信领域：微波天线阵列应用于移动通信、卫星通信和无线网络通信等多个方面，可以提高通信质量和网络带宽。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
平面阵列天线的设计与研究
平面阵列天线的设计与研究平面阵列天线的设计与研究近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，天线技术作为无线通信系统中不可或缺的重要组成部分而备受关注。
而其中一种重要的天线类型——平面阵列天线，由于其具有多方向波束形成能力、高增益、低副瓣等优势，成为了无线通信领域中广泛应用的天线类型之一。
本文将从设计原理、优化方法以及应用研究方面进行探讨，来探索平面阵列天线的设计与研究。
1. 平面阵列天线的设计原理平面阵列天线主要由若干个单元天线组成，单元天线之间相互平行排列，并且呈规则矩阵形式。
平面阵列天线的工作原理是利用单元天线的相互干涉效应来实现波束形成。
当单元天线的相位和振幅分别经过调整时，单元天线之间的干涉产生波束的方向性。
通过对单元天线的相位和振幅进行优化，可以实现平面阵列天线的波束指向、波束形状以及增益等性能的调控。
2. 平面阵列天线的优化方法为了使平面阵列天线能够更好地满足实际应用需求，需要采取一系列优化方法来提高其性能。
其中，最常用的优化方法包括遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法等。
这些算法能够通过对单元天线参数的搜索和优化，得到最优化的天线性能。
同时，还可以采用软件仿真工具进行电磁场的数值计算和模拟，以进一步优化平面阵列天线的设计。
3. 平面阵列天线的应用研究平面阵列天线由于其多方向波束形成能力和高增益，被广泛应用于无线通信系统中。
在通信系统中，平面阵列天线可以用于无线电干扰对消、多用户检测、自适应波束形成等方面。
此外，在无人机、雷达、航天器和卫星通信等领域，平面阵列天线也发挥着重要的作用。
这些应用研究促进了平面阵列天线的不断发展与改良，以满足不同领域的需求。
4. 平面阵列天线的挑战与展望尽管平面阵列天线具有许多优越的特性，但仍然面临着一些挑战。
首先，由于阵列天线中单元数量多、参数复杂，导致设计和优化过程中存在一定的困难。
其次，在实际应用中，需要考虑天线的尺寸、重量以及制造成本等因素。
此外，天线与环境的互动效应，例如多径效应和杂散波影响等，也需要加以考虑和解决。
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最优Dolph-Chebychev波束分析
在 Dolph 最初的工作中，他说明了 Dolph-Chebychev 多项式的最优性，在这里， 最优性的波束方向图定义为具有在给定旁瓣水平下的最小零点 -零点波束宽度， 我们基于上图中的
T5 x
讨论这个问题，考虑另外一个阶数为 5 的多项式
P x
有必定和
T5 x
相交至少 m+1=6 个点，包括
x R ,但是，两个同样阶数为 m 的多
0,
项式， 如果相交 m+1 个点， 则这两个多项式必为同一个多项式， 所以有
P x T5 x = ，
因此 Chebychev 多项式是最优的， Riblet[Rib47]随后证明了这个过程对于 d / 2 是最优的，并提出了在 d / 2 时的一个改进过程，在 d / 2 是的非最优性是因 为映射的结果，对于 d / 2 ，在 x 轴上的范围并不足以约束可是区域内的所有 波束方向图。 结论：Dolph-Chebychev 加权能够克服不能旁瓣高度的控制，比其他加权具 有优势。
本文将简单介绍如何利用模拟退火算法得到综合孔径排列方式，此时，排列
遗传基因算法
遗传基因算法
GA（Genetic Algorithms）是模拟达尔文的遗传选择和自然淘 汰的生物进化过程的计算模型，一般是从一个初始群体出发（通常采用随机 生成序列），根据适应度函数评估所有个体的优劣，进行选择(使群体中优 秀的个体有更多的机会传给下一代) 、交叉（使群体内个体之间的信息相互 交换）和变异（在群体中引入新的变种确保群体中信息的多样性）等遗传操 作，使群体一代一代地进化，直到满足给定的精度或是到达最大的遗传代数。
均匀加权和Cosine窗加权波束分析
结果分析，从图5.1可 以看出旁瓣得到了降低， 但是主波束变得更宽。
结果分析，从图中可以看出旁瓣得到了降低，但是主波束变得更宽。
升cosine加权波束方向图
在 p=0.31 ，0.17 时的升 cosine 加权波束方向图，当 p 减小时，第一旁瓣高度减 小，主波束宽度增加，波束方向参数
Hamming加权波束分析
从图中可以看出， hamming 加权有步进但是不连续，使得旁瓣衰减接近 0 （1/n） 。Blackman-Harris 加权波束只是对更高阶波束经行分析的
Kaiser加权
Kaiser 加权随 变化图
Kaiser 加权随 N 值变化图
在这里，我们固定 的值为 3，并研究 N=11、21 和 41 是的性能、波束方向图 在图 5.5 中给出，所有的三种情况具有相同的最大旁瓣，当 N 改变时，最大值对 应 u 的值发生改变。
天线阵面的优化与仿真020121
摘
要
本文主要研究了天线阵列的几种优化方法，主要包括两部分的优化：天线阵
列排列优化算法和天线权值优化，天线阵列排列优化算法有包括模拟退火算 法和遗传基因算法，两种算法都能很好的对天线阵列进行最优化处理，各有 优劣。天线权值优化算法又包括谱加权、均匀加权、 Cosine 加权、升 Cosine 加权、升 Cosine 平方加权、 Hamming 加权、 Black-Harris 加权、 Kaiser加权、最优Dolph-Chebychev加权。主要使用了Matlab软件进行程序 设计和算法研究。 通过对各种优化的算法研究，发现Dolph-Chebychev加 权可以控制旁瓣的高度，因此它比其它算法更加优秀。
，
x R 和 x （最大的根） 通过 ，且对于 x< x ,该多项式的值在+1 和-1 之间，零点0,
' 1
' 1
' P x 1 零点波束宽度是由 决定的，我们想尝试找到一个 x ，它的值在 1-e 和-(1-e) 之 ' ' P x x 间，e 为某个正值，但是，由于在 [- 1 , 1 ]之间的范围内 x 的值在 1 之间，所
模拟退火算法
模拟退火算法
SA（Simulated Annealing）是基于蒙特卡罗迭代求解法的一 种启发式随机搜索算法。退火的概念最初是人们为了研究组合优化问题而提 出的，算法用于解决组合优化问题则是基于物理中固体物质的退火过程与一 般组合优化问题之间的相似性[33]。通过设定一初温和初态,伴随温度的不断 下降，结合概率突跳特性在解空间中通过邻域函数进行随机搜索，最终得到 全局最优。 天线最为关键的两个问题是：最小冗余问题和基线的参数设计问题。
原
理
天线阵列优化的研究现状 ：天线阵列由两个或两个以上的离散天线组成， 组成天线阵的单个天线叫做天线单元，一般是弱方向性天线，如半波振子、 缝隙天线等。由于各天线单元产生的电磁场在观察点的相位差随方向而变化， 合成场在一些方向增强，另一些方向减弱，因而天线阵列可以得到不同于天 线单元方向性的方向图。 天线阵列的方向图由阵列的天线单元数、阵列的 排列方式、阵列的权值和各个天线单元的方向图共同决定，修改其中的任一 个参数都可以改变天线阵列的方向图。 天线阵列优化主要包括天线阵列排列优化和天线阵列权值优化。本人主要 研究的是天线阵列权值优化。