[实用新型]阵列天线及阵列天线方向图的赋形装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及通讯天线技术领域，尤其涉及一种阵列天线及阵列天线方向图的赋形装置。

背景技术

随着近代微波通讯，卫星通讯以及航天技术的迅猛发展，当前社会对通讯系统的要求越来越高，尤其是使用者对于天线的方向图的波束宽度以及精确度越来越高。这些要求对于天线设计及研发是一个很大的考验。

天线的方向图可以反映出天线的辐射特性。一般情况下，天线方向图可以表示天线辐射电磁波的功率或场强在空间各个方向的分布图形。在阵列天线方向图合成时，首先给出设计需要的目标方向图，再利用合适的算法计算出每个天线单元赋形目标方向图形的最优解的幅度和相位。最后，依据此组数据作为激励，可将阵列天线方向图赋形成所需的目标形状。

一个优秀的算法对设计出一款高效、方向图精确度高的阵列天线变得非常重要。经典的遗传算法经常用于天线方向图的合成设计。而遗传算法的适应度反应了合成方向图和目标方向图的拟合程度，适应度越高，算法计算出的幅度和相位值越精确，方向图的拟合度越高。反之，遗传算法的适应度越低，则应用该遗传算法计算得出的幅度和相位值的精确度也越低，表明方向图的拟合度越低。

经典的遗传算法解决阵列天线综合的主要流程是，首先随机地产生初始种群。接着，将以上随机产生的初始种群代入预先设定的表达式，计算出阵列方向函数。将其与相应的目标方向图做差，并且根据不同方向的重要性对所得的差分别加权，取每个个体中不同方向上差的绝对值和，然后取倒数得到每个个体的适应度值。根据单一的选择策略(例如赌轮盘法或者精英选择)，配合适应度选择再生个体。对再生个体进行交叉，可以使下一代种群遗传上一代的基因。按照一定的交叉概率和交叉算法，生成新的个体。为了避免近亲繁殖，陷入局部最优，按照一定的变异概率和变异算法，在交叉生成的个体进行变异，再次生成新的个体。最后，判断是否达到停止条件，比如是否达到最大遗传代数或者适应度值是否达到预设要求。若符合停止条件则输出最佳值，否则，返回重新计算个体的适应度值，直到达到停止条件。

在经典的遗传算法中，赌轮盘法选择算子作用于群体时，能保护群体基因的多样性，但并不能保证子辈的性能总是好于父辈，群体的进化会出现反复，甚至暂时的倒退现象，延缓算法的收敛速度。精英选择能保证子辈的性能不差于父辈，能加快收敛速度，但可能会出现早熟收敛问题。所以经典的遗传算法在解决阵列天线赋形问题时，一般适应度在0.07以下，目标方向图和合成方向图的拟合程度以及副瓣大小并不能让设计者完全满意。

而且，在当前的天线设计中，普通的余割平方扩展波束的覆盖范围一般在55°以下，波束的覆盖范围较为有限，已经难以满足越来越高的通信需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中阵列天线赋形时拟合度低及天线波束覆盖范围有限的问题。

本实用新型首先提供了一种阵列天线方向图的赋形装置，包括：输入端，获取阵列天线各个阵元在耦合条件下的方向图；种群生成器，根据各个阵元在所述耦合条件下的方向图随机生成初始种群；选择器，为所述初始种群中的每个个体计算适应度值，并根据所述适应度值选择赌轮盘策略或者精英选择策略；再生优化器，根据所述选择器所选择的赌轮盘策略或者精英选择策略，配合适应度选择再生个体，并对所述再生个体进行优化，生成新的个体；输出端，符合预设结束规则时输出所述阵列天线的最优方向图。

其中，该装置还包括：反馈控制器，在所述新的个体不符合所述预设结束规则时，向所述选择器反馈重新计算指示；所述选择器根据所述重新计算指示重新计算所述适应度值。

其中，所述选择器包括：计算单元，计算所述适应度值；选择单元，在所述适应度值小于或等于适应度阈值时，选择赌轮盘策略，否则选择精英选择策略。

本实用新型还提供了一种阵列天线，包括：彼此间隔距离为半波长的多个阵元天线，所述每一阵元天线包括矩形单元天线及相连的馈线，所述馈线通过馈点与矩形单元天线的窄边相连接。

其中，所述阵元天线的数量为10个、14个、16个或者20个。

其中，所述馈线为具有两组平行边的八边形。

其中，所述阵列天线的每个阵元天线都选定余割平方扩展波束为目标方向图。

与现有技术相比，本实用新型得益于改进型自适应遗传算法的精确赋形，天线方向图波束覆盖宽度能达到65°。本实用新型的X波段天线阵的波束覆盖范围更宽，实用性更好，在飞机导航雷达探测方面具有非常优越的应用前景。