[发明专利]非周期阵列天线设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种非周期阵列天线设计方法。

背景技术

阵列天线的综合设计通常可以通过三种方法实现，分别是改变阵列单元的激励幅度、改变阵列单元的激励相位和改变阵列单元间的间距。但是对于改变阵列单元的激励幅度的不等幅阵列设计方法而言，通常会出现较大的幅度激励比，而且使用不等幅激励也会由于阵列单元没有工作在最大功率而影响阵列的总辐射功率；对于改变阵列单元的激励相位的不等相位阵列设计方法而言，相对于不等幅阵列需要使用更多的阵列单元，并且需要使用价格昂贵的移相器来实现相位加权。而改变阵列单元的间距的不等间距阵列设计方法具有工作在最大辐射功率、易于实现、成本低等诸多优点。

但是不等间距阵列设计方法相较于不等幅阵列设计方法和不等相位阵列设计方法而言，存在更多难点。首先，阵列的最终单元位置会在整个阵列尺寸范围内产生较大的变化，而且很难控制，对阵列优化的限制条件越多越不容易得到较好的优化结果；其次，阵列单元之间的互耦会随着阵列单元间距变化而变化，从而导致单元的阵中辐射方向图和单元有源电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）也随之产生较大的变化。

现有技术对不等间距阵列的设计主要有两种方法，第一种方法主要针对优化算法本身，致力于提出更快以及寻优能力更强的算法，对单元间的互耦影响不考虑或考虑较少。该方法虽然对算法方面贡献较大，耗时较短，但综合设计的结果仅针对理想点源，很难在实际设计中使用。第二种方法考虑单元间互耦的影响，由于阵列单元间距的变化会引起单元间互耦的变化，而为了得到较为准确的优化结果，通常在采用优化算法对阵列进行综合设计的每一代中都采用全波分析来获取单元的方向图代入综合设计中，但对于目前一般采用的如遗传算法（Genetic Algorithm，GA）、差分进化（Differential Evolution，DE）等优化算法而言，每次综合设计过程都需要进行成百上千代的进化过程，在每一代中都代入单元方向图来计算优化得到的阵列方向图，意味着需要相同数量的全波分析次数，因此这种方法耗时很长。若采用收敛速度较快的算法可以在一定程度上提高综合设计速度，但是并没有从根本上解决时间消耗问题，而且收敛速度过快也容易导致收敛到局部最优值。

另外，现有技术对不等间距阵列的设计方法对单元互耦的影响主要是考虑单元阵中的单元方向图，提取单元阵中的单元方向图进行优化，很少考虑单元有源电压驻波比的恶化对整个阵列性能的影响。而实际上，单元互耦的影响对单元方向图和有源电压驻波比影响都较大。

发明内容

本发明提供一种非周期阵列天线设计方法，用于提供一种高效、准确的非周期阵列天线设计方法。

本发明提供一种非周期阵列天线设计方法，包括：

建立非周期阵列天线单元模型组，所述非周期阵列天线单元模型组用于作为非周期阵列天线中天线单元的模板组合，所述非周期阵列天线单元模型组中包括至少两个天线单元模型，其中每个天线单元模型与相邻的始天线单元模型的间距均不同，并且每个天线单元模型的方向图和有源电压驻波比均满足设计要求；

建立初始非周期阵列天线模型，所述初始非周期阵列天线模型中包括至少三个天线单元；

对所述初始非周期阵列天线模型依次循环使用优化算法综合优化、根据优化结果更新所述非周期阵列天线模型并使用所述非周期阵列天线单元模型组中的天线单元模型更新天线单元、全波分析处理，当在一次循环处理过程中使用所述优化算法得到的方向图和使用全波分析得到的方向图误差不超过预设阈值时，得到非周期阵列天线的设计结果。

本发明提供的非周期阵列天线设计方法，在对非周期阵列天线的设计过程中，首先建立非周期阵列天线模型组，然后使用优化算法对非周期阵列天线进行优化，根据优化结果更新非周期阵列天线模型并将非周期阵列天线中的天线单元替换为非周期阵列天线模型组中的天线单元模型，从而消除阵列天线单元间互耦对有源电压驻波比的影响，最后对优化后的非周期阵列天线模型进行全波分析，并对优化结果全波分析误差较大的非周期阵列天线模型进行迭代优化，由于在每次迭代的过程中，仅进行了一次全波分析，并通过建立非周期阵列天线模型组消除了由于天线互耦对有源电压驻波比的影响，从而使设计结果得到的非周期阵列天线既准确又节约优化时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的非周期阵列天线设计方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例提供的非周期阵列天线设计方法实施例二的流程图；