【摘要】：天線是一種接收和發(fā)射電磁波的裝置,它在現(xiàn)代無線電通信系統(tǒng)中起著極其重要的作用。天線的種類有多種,常見的有偶極子天線、環(huán)形天線、喇叭天線、螺旋天線、微帶天線等。在大部分應(yīng)用場(chǎng)景中,單天線模式就能很好地完成通信任務(wù),但隨著通信技術(shù)指標(biāo)要求的不斷提高,人們往往需要天線在一些特定的場(chǎng)合下具有高增益、強(qiáng)方向性、窄波束以及低旁瓣等輻射特性,而此時(shí)單天線的工作模式難以達(dá)到既定需求,于是陣列天線的概念便應(yīng)運(yùn)而生。陣列天線由多個(gè)天線單元按照一定的空間排列方式組合在一起,天線單元均是獨(dú)立的輻射源。陣列天線根據(jù)其分布形式可分成多種,如直線陣、平面陣、共形陣。通過調(diào)整陣列天線的空間分布形式、陣列單元總數(shù)目、各單元的電流激勵(lì)幅度及激勵(lì)相位來確定陣列天線的輻射特性稱之為陣列天線的分析問題;反之,則稱之為陣列天線的綜合問題。作為眾多相控陣天線形式的其中一種,本文研究的半空域覆蓋波束成形陣列天線涵蓋了現(xiàn)代雷達(dá)、衛(wèi)星通信以及導(dǎo)航等熱點(diǎn)問題,尤其在軍事通信地空平臺(tái)中有著廣泛的應(yīng)用,同時(shí)半空域覆蓋波束成形陣列天線被普遍應(yīng)用到如無人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車、高鐵等快速運(yùn)行的載體上。半空域覆蓋波束成形陣列要求其輻射特性滿足在水平面(即?(28)90~o)的最大增益至少能夠達(dá)到15dBi以上,在過頂面(即?(28)0~o)的最大增益至少能夠達(dá)到4dBi以上的指標(biāo)需求,同時(shí)需要滿足半功率波瓣寬度小于15~o,對(duì)最大旁瓣電平的抑制能夠達(dá)到15dB以上的條件,并且實(shí)現(xiàn)水平角0~o到360~o以及俯仰角-90~o到90~o的波束成形覆蓋。為了滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)需求,本文將從陣列天線的綜合優(yōu)化方法以及半空域覆蓋波束成形陣列設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手進(jìn)行深入分析研究。達(dá)到陣列既定輻射特性的關(guān)鍵技術(shù)在于解決陣列天線綜合中的單元電流激勵(lì)幅度分布優(yōu)化問題。傳統(tǒng)的陣列天線綜合方法,如道爾夫-切比雪夫、泰勒綜合法等雖然在直線陣上能得到較好的優(yōu)化結(jié)果,但是對(duì)于陣列規(guī)模更大、分布更加復(fù)雜圓環(huán)陣或者共形陣而言,傳統(tǒng)的陣列天線綜合方法在此類優(yōu)化問題上會(huì)有很大的局限性,往往無法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)作為一種基于生物群體智能的新型隨機(jī)搜索算法在面對(duì)高維、非線性、多峰值的優(yōu)化問題時(shí)能夠得到較為精確的結(jié)果,因此被廣泛應(yīng)用到了陣列天線的綜合優(yōu)化中。但是粒子群算法自身具有容易出現(xiàn)早熟、收斂不穩(wěn)定以及易陷入局部最優(yōu)值等問題,為了解決這些缺點(diǎn),本文在標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的基礎(chǔ)上針對(duì)算法自身的迭代過程和粒子的更新方式提出了一種改進(jìn)型的粒子群算法,并經(jīng)過函數(shù)測(cè)試,證明了其相比標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法擁有了更好的收斂特性。與此同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)陣列在半空域空間范圍內(nèi)的波束覆蓋,本文首先設(shè)計(jì)了一種滿足單元指標(biāo)要求的寬帶圓極化定向微帶天線,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于分層分區(qū)工作原理的多平面空間立體結(jié)構(gòu)陣列,再由改進(jìn)型粒子群算法優(yōu)化的饋電激勵(lì)后,通過HFSS分析軟件進(jìn)行實(shí)物仿真證明了該設(shè)計(jì)符合項(xiàng)目指標(biāo)的要求。
【圖文】：

4出一種直徑更大，由 120 個(gè)天線單元組成的 Wullenweber 天線陣，如圖 1-3 所示。圖1-3 伊利諾斯州立大學(xué)Wullenweber天線陣此后的冷戰(zhàn)期間到 90 年代后期，各國(guó)對(duì)共形相控陣領(lǐng)域的研究不斷深入。JimWait 在圓環(huán)陣列模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了圓柱共形陣[18]的輻射特性。在他的研究工作基礎(chǔ)上，，Hessel 等人用模式展開技術(shù)或高頻衍射技術(shù)繼續(xù)向前拓展，并且在后續(xù)研究中考慮了陣列中天線單元之間的相互耦合影響。在軍事領(lǐng)域中，共形相控陣的研究發(fā)展更加迅猛，共形陣天線被安裝在各種飛行器表面，如圖 1-4 所示為一個(gè)集成在飛機(jī)機(jī)翼前緣上的共形陣列天線[19]。圖 1-5 所示為貼合在衛(wèi)星表面用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信的錐臺(tái)共形陣列天線[20]。圖1-4 飛機(jī)機(jī)翼前緣上的共形陣列天線

飛機(jī)機(jī)翼前緣上的共形陣列天線
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN820

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李振華;;基于改進(jìn)粒子群算法的僅相位加權(quán)波束賦形[J];電子設(shè)計(jì)工程;2013年15期

2 王維博;馮全源;;粒子群優(yōu)化算法在天線方向圖綜合中的應(yīng)用[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

3 肖龍帥;黃華;夏建剛;李靈;;基于近鄰粒子群優(yōu)化的陣列天線方向圖綜合[J];通信技術(shù);2009年09期

4 劉東;馮全源;;基于停滯檢測(cè)粒子群算法的陣列天線方向圖綜合[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2009年04期

5 朱松;;共形天線的發(fā)展及其電子戰(zhàn)應(yīng)用[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2007年06期

6 金榮洪;袁智皓;耿軍平;范瑜;李佳靖;;基于改進(jìn)粒子群算法的天線方向圖綜合技術(shù)[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2006年06期

7 陳騰博;焦永昌;張福順;;基于改進(jìn)型粒子群算法的陣列天線綜合[J];微波學(xué)報(bào);2006年S1期

8 焦永昌;楊科;陳勝兵;張福順;;粒子群優(yōu)化算法用于陣列天線方向圖綜合設(shè)計(jì)[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2006年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 王磊磊;楊虎;金祖升;;雜草粒子群混合算法及其在陣列綜合中的應(yīng)用[A];2013年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2013年

2 曾偉;于東海;;基于自適應(yīng)遺傳粒子群算法的陣列方向圖綜合與優(yōu)化[A];2009年全國(guó)天線年會(huì)論文集（下）[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李曉磊;一種新型的智能優(yōu)化方法-人工魚群算法[D];浙江大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 賀瑩;錐臺(tái)共形陣列方向圖綜合研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

2 邵瑞;陣列天線方向圖綜合算法及其優(yōu)化研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

3 宗耀;共形陣列天線的波束賦形設(shè)計(jì)與研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

4 劉瑞斌;共形相控陣天線波束賦形的研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2689793