阵列天线方向图综合新技术研究
相控阵雷达天线方向图仿真研究
5 结束语
图 2 出现栅瓣的天线方向图
对于相控阵雷达天线方向图的仿真 ,在实现波束扫 描的同时 ,必须消除栅瓣 。通过理论研究和 Matlab 仿 真实验可知 ,天线方向图的栅瓣问题与波长λ、阵元间 距 d 以及波束指向θ0 密切相关 。当波长λ取定以后 , 只 要调整阵元间距 d 使其满足一定的条件 ,天线方向图便 不会出现栅瓣 。
using Matlab [ M ] . New Yo rk : Chap man & Ha H / CRC , 2000 [ 5 ] 梁广德 ,梁百川. 相控阵雷达信号截获与识别的仿真分析 [J ]. 航天电子对抗 ,1999 (3)
F(θ)
=
sin[πλN d ( sinθN sin[πλd ( sinθ-
sinθ0 ) ] sinθ0 ) ]
(4)
由 (4) 式可以看出 :
当
Nπd λ
(
si
nθ-
sinθ0 )
= 0 , ±π, ±2π, …, ±nπ( n
为整数) 时 ,分子为零 ;若分母不为零 ,则有 F(θ) = 0 。 当πλd ( sinθ- sinθ0 ) = 0 , ±π, ±2π, …, ±nπ时 ,式
φ = ψ = λ2πd sinθ0
(3)
式 (3) 表明 ,在θ0 方向 ,各阵元的辐射场之间 , 由于波程 差引起的相位差正好与移相器引入的相位差相抵消 ,结 果各分量同相相加获最大值 。
显然 ,为满足式 (3) 要求只需改变φ值就可改变波 束指向角θ0 ,从而形成波束扫描 。
3 栅瓣问题
将φ与波束指向θ0 之间的关系式 (3) 代入式 (2) 可 以得到
h = gcf ; f name = sp rintf (′N %d - d %f - t heta0 %d. p ng′,
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
宽带小型化天线及阵列技术研究
宽带小型化天线及阵列技术研究随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统的重要组件，其性能和尺寸成为了研究的焦点。
近年来，宽带小型化天线及阵列技术成为了天线领域的热门研究课题。
本文将对宽带小型化天线及阵列技术进行详细探讨，旨在为相关领域的研究提供参考。
宽带小型化天线及阵列技术的研究涉及多个方面。
对于关键词的分析，可以从以下几个方面展开：宽带小型化天线：主要涉及到天线的结构设计、材料选择和制造工艺等方面的研究。
通过优化设计，使天线具备宽频带、高效率和小型化的特点。
阵列技术：通过将多个天线单元按照一定的规律排列，形成天线阵列，以提高天线的方向性、增益和抗干扰能力。
阵列设计是该技术的关键之一。
无线通信技术：无线通信系统的性能主要受限于信号传输质量和距离。
天线及阵列技术的优化可以提高无线通信系统的性能，满足不同场景的需求。
宽带小型化天线及阵列技术的研究主要基于以下原理：天线的基本理论：天线通过辐射和接收电磁波实现信号传输。
宽频带天线的设计需要减小天线尺寸并优化辐射电阻，以提高天线的辐射效率和带宽。
阵列信号处理：通过控制天线阵列中各个元素的相位和振幅，形成定向波束，提高信号强度和抗干扰能力。
同时，阵列设计还可以实现波束赋形、空间复用等功能。
高性能材料：采用新型的高性能材料，如超材料、纳米材料等，可以提高天线的性能，实现天线的小型化和宽带化。
宽带小型化天线及阵列技术的应用广泛，以下是几个主要应用场景：无线通信系统：在无线通信领域，宽带小型化天线及阵列技术的应用可以提高通信系统的性能和覆盖范围。
例如，在5G、6G等通信系统中，宽带小型化天线及阵列技术可以支持更多频段和更高的传输速率。
雷达系统：雷达是一种利用电磁波探测目标的电子设备。
宽带小型化天线及阵列技术可以用于提高雷达的探测能力、分辨率和抗干扰能力。
雷达还可以利用该技术实现多目标跟踪和三维成像。
电子战领域：在电子战领域，宽带小型化天线及阵列技术可以用于侦察、干扰和欺骗敌方雷达和通信系统。
一种新混合粒子群算法及其在阵列天线方向图综合中的应用
一种新混合粒子群算法及其在阵列天线方向图综合中的应用作者：姚旭曹祥玉陈沫来源：《现代电子技术》2008年第08期摘要：针对传统粒子群算法（PSO）中存在的易陷入局部最优解和后期收敛速度慢的问题，首次提出一种新混合粒子群算法（NHPSO），采用杂交粒子群算法和固定惯性权重策略，并把简化的二次插值法融入杂交粒子群算法中。
实验证明新算法大大提高了收敛速度，改善了解的质量。
对阵列天线特殊主瓣形式的波束赋形和旁瓣电平优化结果取得了非常好的效果，计算机仿真证实该新算法应用于此类问题非常有效。
关键词：粒子群算法；混合粒子群算法;二次插值法；阵列天线；波瓣赋形中图分类号：TN82文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)08-084-YAO Xu,CAO Xiangyu，(Laboratory of Microwave and Antennas Technology,Telecommunication College,Air ForceAbstract：A hybrid Particle Swarm Optimization(PSO) algorithm is proposed with fixed inertia weight in the hybrid particle swarm optimization algorithm,and a simplified quadratic interpolation method is integrated into this algorithm,aiming at overcoming easily trapping in the local extreme points and slow evolving speed of convergence.The experiment shows that this new algorithm improved the global search ability and the quality of optima.The results of both mainlobe shaping and sidelobe levels are very effective.The simulation results prove that the proposed hybrid new algorithm is efficieKeywords：particle swarm optimization algorithm;hybrid particle swarm optimization algorithm；quadratic interpolation method;array antennas;shaped beam在雷达、无线通信等众多领域中,常要求阵列天线具有确定的主瓣宽度、特殊形状的主瓣形状 (如余割波束、余割平方波束、扇形波束等)和低的副瓣电平。
粒子群优化算法用于阵列天线方向图综合设计_焦永昌
第21卷第16期2006年2月电波科学学报CHINES E JOURNAL OF RADIO S CIENCEVo l.21,No.1February,200616文章编号1005-0388(2006)01-0016-06粒子群优化算法用于阵列天线方向图综合设计*焦永昌杨科陈胜兵张福顺(西安电子科技大学,天线与微波技术国家重点实验室,y ang yangke@,陕西西安710071)摘要粒子群优化算法是基于一群粒子的智能运动而产生的一类随机进化算法,其优点是算法非常利于理解和应用。
本文介绍了粒子群算法的原理和流程,研究了如何将这种方法运用于天线阵的方向图综合上,给出了PSO算法在综合阵列方向图的应用实例,表明粒子群算法在天线阵列综合中具有广泛的应用前景。
关键词粒子群算法,阵列天线,天线方向图中图分类号TN802文献标识码AApplication of particle swarm optimization in antennaarray pattern synthesisJIAO Yong-chang YANG Ke CHEN Sheng-bing ZHANG Fu-shun(N ational L abor ator y of A ntennas and M icr ow av e T echnology,X idian Univ.,y angy angk e@,X i c an S haanx i710071,China)Abstract Par ticle Sw ar m optimization(PSO)is a robust sto chastic ev olutionary computatio n technique based on the mov em ent and intelligence of sw arm,w hich is very easy to understand and implem ent.T his paper introduces a conceptual over-view and detailed ex planation o f the PSO alg orithm,as w ell as how it can be used for antenna arr ay design,and pr esents several results optim ized by PSO,w hich show the abroad application foreground of PSO in the antenna array desig n.Key words particle sw arm optimizatio n,array antenna,radiation pattern1引言在雷达、通信等众多领域中,往往需要特殊形状的天线波束(如余割波束、扇形波束,低副瓣等)。
机载端射阵列天线的研究
摘要摘要由于端射阵具有小风阻、低安装高度、重量轻等特点，特别适合应用于高速移动载体，因而可以很良好的应用于机载雷达相控阵的选择方案。
本文主要针对应用于飞机安装的端射相控阵天线相关技术进行了研究。
本文的研究内容主要包括以下几个部分：首先，本文介绍了本课题研究的背景和意义，以及对机载雷达技术的发展历程及其中有关机载雷达天线的基本概念做了简单地介绍，并且概述了端射阵列天线在机载雷达中的重要地位及它的研究现状。
然后，对天线的基本原理以及常用的参数做了简单概述，并着重讲述了与机载端射阵列天线紧密相关的技术指标。
此外，文章还介绍了现有的常见端射天线单元形式以及它们各自的优缺点。
其次，针对课题要求，采用圆锥单极子作为阵元设计了一种适用于机载的端射相控阵。
根据需求设计了一款低剖面的圆锥单极子天线，并对其单元参数特性进行研究分析。
基于所设计的天线单元，设计了1×16端射线阵和32×10端射面阵，仿真结果表明，该端射线阵和面阵都具有良好的性能。
接着，选择单极八木天线作为单元天线进行仿真与优化，并简要地分析了有限大地面上波束上翘的原因。
通过对八木天线改进，改善了波束上翘，提高了阵的面阵，为控制方位面的列的端射特性。
基于该改进的单极八木天线组成209副瓣电平，采用泰勒分布加权对阵元进行激励。
仿真结果表明，该端射阵列具有良好的指标性能。
最后，采用准单极八木天线作为相控阵天线单元，不仅减轻了阵面重量而且增加了单元天线水平面方向图的波束宽度，使水平面扫描的角度有所增加。
关键词：机载天线，相控阵，端射阵列，单极子，单极八木天线ABSTRACTABSTRACTAs the end-fire array has the advantages of small wind resistance, low installation height and light weight, and is especially suitable for application in high-speed mobile carrier, the new generation of AWACSwill choose it for airborne phased array radar for the best option.This article mainly aims at the end-fire phased array antenna technology and related studies for AWACS.The main contents and innovations of this paper are as follows:Firstly, the research background and significance of integration technology of the research is presented, and the development process of AWACS radar technology and relevant AWACS radar antenna are simply introduced. Besides, end-fire phased array antenna’s significance in the AWACS radar and itsstate-of-the-art are summarized.Then, the basic theory and some key parameters of antenna are introduced briefly. And the closely related with the AWACS aircraft end-fire array antenna of technical indicatorsare focused on.In addition, the article also introduces the existing common end-fire antenna unit form and their respective advantages and disadvantages.Thirdly,based on the research requirements, an end-fire phased array antenna which is suitable for airborne is designed, and it uses cone monopole as the unit antenna. A low-profile cone monopole antenna is designed, and its parameters are studied and analyzed. Based on the antenna unit, 1×16 end-fire array and 32×10 end-fire array is designed. The simulation results show that the end-fire arrays have good performance.Finally,monopole-yagi antenna is simulated and optimized, and chosen as the array unit. The reason of beam on the finite ground warped is analyzed.The yagi antenna is improved,which improve the beam deflection and benefit for the end-fire array. Based on the improved yagi antenna, a 20×9 array is deigned. To control the sidelobe level of the azimuth plane pattern, Taylor distribution is used. The simulation results show that the end-fire arrays have good performance.Keywords:airborne antenna, phased array, end-fire array, monopole, yagi antenna目录目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外发展现状 (2)1.3 技术指标 (4)1.4 本文的研究内容和结构安排 (4)第二章平面端射阵理论 (6)2.1 天线设计中的基本参数 (6)2.1.1 天线的辐射方向图 (6)2.1.2 方向性、效率和增益 (7)2.1.3 天线的带宽 (8)2.2 天线阵的相关理论 (8)2.2.1 阵因子 (8)2.2.2 主瓣扫描和波束宽度 (11)2.2.3 端射阵理论 (13)2.2.4相控扫描理论 (15)2.2.5 阵列天线的互耦分析 (16)2.3 本章小结 (19)第三章圆锥单极子与平面端射阵的设计与仿真 (20)3.1 方案论证 (20)3.2 单极子天线设计与仿真 (22)3.2.1 单极子简介 (22)3.2.2 圆锥形单极子的设计与仿真 (23)3.3 端射线阵的设计与仿真 (29)3.4 端射面阵的设计与仿真 (32)3.5 本章小结 (38)第四章单极八木天线与平面端射阵的设计 (39)4.1 S波段单极八木天线的建模与仿真 (39)4.2 有限大地面上单极天线波束指向的研究 (45)4.3 端射方向排列线阵的建模与仿真 (46)4.4 副瓣电平为-30dB的泰勒线阵的综合 (54)4.5 S波段高增益端射平面阵的建模与仿真 (57)目录4.5.1 端射平面阵不扫描时的建模与仿真 (57)4.5.2 端射平面阵扫描时的仿真结果 (59)4.6 本章小结 (61)第五章准单极八木天线与平面端射阵 (63)5.1 单元天线的建模与仿真 (63)5.2 单元天线排列线阵的建模与仿真 (65)5.3平面端射阵的建模与仿真 (67)5.3.1平面端射阵不扫描时的仿真结果 (68)5.3.1平面端射阵在水平面扫描时的仿真结果 (69)5.4 本章小结 (70)第六章总结与展望 (71)6.1 本文工作总结 (71)6.2 下一步工作计划与展望 (71)致谢 (72)参考文献 (73)第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景与意义顾名思义，机载天线就是将满足一定性能的雷达天线安装在飞机平台上，通过机载天线可以完成飞机系统和其他设备系统的电磁能量交换，是飞机众多感知系统的其中一部分。
无须模板的阵列天线方向图综合设计方法
无须模板的阵列天线方向图综合设计方法景阳;范旭慧;梁军利【摘要】阵列天线方向图综合通常须选择适当的方向图模板.然而,目前还没有方向图模板选择方案的研究,因此无法保证现有模板的合理性.为避免所预设的方向图模板不可行,本文提出以最小化旁瓣最大值与主瓣最小值的比值为准则,构建方向图综合优化设计问题.该问题的不等式约束是非凸且耦合的.采用罚函数法将不等式约束引入目标函数中,然后设计一个光滑函数来逼近并替代目标函数中不可微部分,从而得到原问题的可微逼近问题,最后使用拉格朗日神经网络法求解逼近问题进而得到原问题的近似解.仿真试验验证了本文所提方法的有效性.【期刊名称】《航空科学技术》【年(卷),期】2019(030)006【总页数】7页(P74-80)【关键词】方向图综合;不可微目标函数;光滑函数;无须方向图模板;拉格朗日神经网络法【作者】景阳;范旭慧;梁军利【作者单位】西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072;西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072;西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TN957.3方向图综合的任务是设计一个波束形成加权矢量使得天线阵列获得的方向图满足预设的辐射要求。
方向图综合技术已广泛应用于雷达、声呐和通信领域[1～3]。
参考文献[1]提出了最大化主瓣波束增益的同时抑制旁瓣的恒模加权矢量方向图综合模型，并通过松弛恒模约束构造并求解该模型的松弛凸问题。
为了更好地控制波束，参考文献[4]在满足给定方向图模板的前提下最小化加权矢量幅值动态范围。
这些阵列天线方向图综合需要给定方向图模板。
当感兴趣的（目标）波达方向角不够精确时，那么需要设置宽主瓣方向图模板[5～8]；当强干扰存在但未获取到其先验位置信息时，可采用低旁瓣水平的方向图模板。
选择适当的方向图模板是阵列天线方向图综合的前提。
然而，目前还没有对方向图模板选择方案的研究来保证现有模板设置的合理性。
天线阵列辐射方向图的研究
目录一、基本概念 (1)1.1方向图基本概念 (1)1.2主瓣宽度 (2)1.2.1主瓣宽度基本概念及特性 (4)1.3旁瓣抑制 (4)一、基本概念1.1方向图基本概念天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。
用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。
天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。
在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。
在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面。
归一化方向图取最大值为一。
在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。
主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，见图1：全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型；图2：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。
图1 全向天线波瓣示意图图2 定向天线波瓣示意图1.2主瓣宽度为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。
主要包括：零功率波瓣宽度、半功率点波瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数等。
1.零功率波瓣宽度，指主瓣两侧场强值为0的两个方向之间的夹角，用2表示。
许多天线方向图的主瓣是关于最大辐射方向对称的，因此，只要确定零功率主瓣宽度的一半，再取其2倍即可求得零功率主瓣宽度,即2=2。
2. 半功率点波瓣宽度，指方向图主瓣两侧两个半功率点（即场强下降到最大值下降到0.707（或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点）之间的夹角，又称为3dB波束宽度或主瓣宽度，记为。
对方向图对称天线，半功率主瓣宽度=2。
一般情况下，天线的E面和H面方向图主瓣宽度不同，分别记为、。
如不特殊说明，通常主瓣宽度是指半功率主瓣。
3. 副瓣电平，天线往往不止一个副瓣，而是有若干个。
仅靠主瓣的副瓣叫第一副瓣，依次为第二，第三、……副瓣，这些副瓣的峰值可能是不同的。
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阵列天线方向图综合新技术研究
阵列天线方向图综合新技术研究
引言：
天线技术作为通信领域的重要组成部分，对于增强通信系统的性能至关重要。
传统的单天线系统在满足日益增长的通信需求上已经无法满足现代社会对高速、高容量通信的要求。
而阵列天线技术作为一种重要的解决方案，通过利用多个小天线构成的阵列，能够实现灵活的信号处理和波束形成，从而提高通信系统的容量和可靠性。
本文将综合介绍阵列天线方向图的新技术研究，包括波束形成算法、阵列天线的布局和优化、阵列天线的信号处理以及在不同应用场景下的性能研究。
一、波束形成算法
波束形成算法是实现阵列天线性能优化的核心技术之一。
目前常用的波束形成算法包括传统的线性加权算法和现代的非线性自适应波束形成算法。
传统的线性加权算法采用简单的均匀加权方式，对所有接收到的信号进行加权求和，其算法简单但效果有限。
而非线性自适应波束形成算法通过自适应地调整天线的相位和幅度权值，能够根据信号的到达角度和干扰环境动态调整，从而提高阵列天线的波束指向特性和抗干扰性能。
在波束形成算法中，最常用的是基于最小均方误差准则的自适应波束形成算法。
该算法通过不断调整天线的权值，使得波束方向上的信号功率最大化，抑制波束以外的干扰功率。
此外，还有一些改进的算法，如基于约束最优化的波束形成算法、基于子空间分离的波束形成算法等，这些算法在特殊场景下能够更好地适应和优化。
二、阵列天线的布局和优化
阵列天线的布局和优化是提高阵列天线性能的重要手段。
在阵列天线的布局中，影响性能最大的是天线之间的距离和方向的选择。
一般情况下，天线之间的距离越小，波束方向图的主瓣宽度越窄，抗干扰性能越好。
而天线之间的方向选择则决定了波束的指向性能。
在实际部署中，常见的布局方式有线性阵列、圆形阵列、矩形阵列等多种形式，不同的布局方式对应不同的应用需求，需根据具体情况综合考虑。
在阵列天线的优化中，常用的是基于遗传算法、粒子群算法等优化算法。
这些算法通过随机搜索和迭代优化的方式，对阵列天线的布局进行优化，进而提高天线的指向性和经济性。
另外，还可以通过优化天线的阻抗匹配、增加天线的阵元数目等方法进一步优化阵列天线的性能。
三、阵列天线的信号处理
阵列天线的信号处理是进一步提高阵列天线性能的重要环节。
阵列天线接收到的信号在经过阵列天线的前端处理后，需要经过一系列信号处理算法进行波束形成、干扰消除、误码率估计等处理。
其中，波束形成算法已在前文中进行了介绍。
此外，阵列天线信号处理的关键问题还包括信号的加权、时延估计、相位调整等。
四、不同应用场景下的性能研究
阵列天线作为一种重要的通信解决方案，具有广泛的应用前景。
在不同的应用场景下，阵列天线的性能需求各异，需要根据具体场景进行进一步的性能研究和优化。
例如，在移动通信中，阵列天线可以提高系统的信号覆盖范围和抗干扰能力；在雷达系统中，阵列天线可以提高目标检测和跟踪的性能；在无线电天文学中，阵列天线可以提高接收信号的灵敏度和空间分辨率等。
结论：
阵列天线方向图综合新技术研究为提高通信系统的性能提供了重要手段。
通过不断优化阵列天线的波束形成算法、布局优化、信号处理和性能研究等，可以提高通信系统的容量、覆盖范围和抗干扰能力，进一步推动通信技术的发展
通过优化天线的阻抗匹配和增加天线的阵元数目等方法，可以进一步优化阵列天线的性能。
阵列天线的信号处理是提高性能的重要环节，包括波束形成、干扰消除和误码率估计等处理。
在不同应用场景下，阵列天线的性能需求各异，需要进行进一步的研究和优化。
总之，阵列天线方向图综合新技术研究为提高通信系统的性能提供了重要手段，可以提高容量、覆盖范围和抗干扰能力，推动通信技术的发展。