稀布天線陣近場波束賦形研究

發(fā)布時間：2020-07-07 14:04

【摘要】：天線一般工作在輻射遠(yuǎn)場區(qū)。然而對于某些特定應(yīng)用場景,如無線能量傳輸系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)微波熱療、射頻識別、近場高速無線通信系統(tǒng)等,需要將輻射的電磁能量聚集在輻射近場區(qū)的某一特定位置的該天線被稱為近場天線。為提高近場能量匯聚的效果,例如希望輻射近場區(qū)的波束更小、有較低的峰值副瓣電平,能在近場區(qū)產(chǎn)生復(fù)雜形狀的波束等更優(yōu)的近場輻射特性調(diào)控性能,近場天線陣列需要有很大的調(diào)控度,這會導(dǎo)致陣列的口徑增大。在陣元間距一定的情況下,增大陣列口徑大小最直接的方法是設(shè)置更多的天線單元,但此時天線饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計難度和成本會大大上升。若通過增大陣元的間距來減少天線單元的數(shù)目,會導(dǎo)致產(chǎn)生近場柵瓣,致使近場波束的性能惡化。同時,對近場方向圖的調(diào)控因近場陣因子的非線性變得更加困難,這導(dǎo)致傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場陣列綜合方法失效。因此,針對近場天線陣列的陣列綜合方法的研究有著很大的研究價值與廣泛的應(yīng)用前景。本文對近場波束賦形和近場稀疏天線陣列綜合展開了研究,體現(xiàn)為以下幾方面:1.為了解決近場陣列天線波束賦形方法無法有效控制波束形狀和副瓣電平的問題,本文提出一種基于方向圖疊加和凸優(yōu)化的算法。該算法在近場區(qū)域具有產(chǎn)生任意有輪廓形狀、副瓣電平可準(zhǔn)確控制的近場波束的能力。同時又針對特定的貝塞爾波束的生成方法進(jìn)行了研究與對比。2.本文提出一種基于貝葉斯壓縮感知理論與凸優(yōu)化的近場稀布天線陣列賦形算法。首先通過引入多任務(wù)貝葉斯壓縮感知,針對主極化分量,實(shí)現(xiàn)了可生成所需要近場方向圖的稀布陣列綜合;接著通過限制天線單元最小間距的后處理保證了陣列可實(shí)現(xiàn)性;借助凸優(yōu)化重新計算得到合適的陣列激勵減輕了由于后處理導(dǎo)致的方向圖惡化;最后對該方法進(jìn)行了拓展,解決了近場多波束的稀布綜合問題。與傳統(tǒng)等間距布陣的陣列相比,多組仿真實(shí)驗(yàn)證明了本文提出的方法能大幅減少天線單元數(shù)目。3.針對上述現(xiàn)有的近場稀布天線陣列優(yōu)化算法無法準(zhǔn)確控制輻射近場區(qū)方向圖的副瓣電平,以及會出現(xiàn)焦點(diǎn)位置偏移的問題,本文提出了一種基于l_1范數(shù)最小化優(yōu)化算法。在本算法中,近場稀布問題首先改寫為l_1范數(shù)正則化的形式;為了精確得控制焦點(diǎn)距離和峰值副瓣電平,提出了近場聚焦問題的約束條件;最后通過引入對求解空間的新的采樣策略,保證了近場波束可以在求解空間內(nèi)受到算法的約束。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN822
【圖文】：

微帶天線陣,低副瓣,近場

場區(qū)波束賦形研究現(xiàn)狀定應(yīng)用場景，如無線能量傳輸、微波醫(yī)學(xué)熱療、R統(tǒng)等，這種輻射的電磁能量聚集在輻射近場區(qū)的場天線陣，主要分為近場點(diǎn)聚焦天線陣、近場波束的天線陣三種。聚焦天線陣場方向圖綜合方法相比，用于在輻射近場區(qū)的波束多數(shù)都針對點(diǎn)聚焦進(jìn)行研究。其主要原理是通過，對空間特點(diǎn)位置形成能量的同相疊加，最終實(shí) Karimkashi 和 A. Kishk 發(fā)表了一款工作在 10 GHz陣列，如圖 1-1 所示，該天線基于遠(yuǎn)場的多普勒削[9]，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)近場副瓣電平的微帶近場聚焦天76 mm×76 mm，在 10 GHz 時設(shè)定的焦距為 62 mm dB，3 dB 波束寬度為 25 mm。但單元間距的選擇是的預(yù)測并不準(zhǔn)確。

能量傳輸效率,最大化,天線陣列,近場

第一章緒論，L. Shan 和 W. Geyi 等人基于系統(tǒng)收發(fā)效率最大化論的端口效率最優(yōu)化算法，并設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一款工作在貼片天線，最終實(shí)物如圖 1-2 所示。該天線的尺寸為Hz 時焦距為 150 mm，3 dB 波束寬度約為 25 mm。行優(yōu)化，最后的陣列拓?fù)洳粫亲顑?yōu)解。

近場,賦形,方向圖,拓?fù)? style=