[发明专利]一种基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法

权利要求书

1.一种基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法，其特征在于，所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法包括：

第一步，利用MATLAB调用HFSS建立天线单元模型，得到单个天线的方向图函数；

第二步，在MATLAB中根据天线方向图乘积定理运算得出方向图；引入惯性质量调节因子改进引力搜索算法GSA并用其优化每个馈电单元的相位和幅度，实现波束控制和副瓣电平的优化；

第三步，再次利用MATLAB-HFSS脚本建立天线阵列模型，代入优化后的幅度相位，得出满足波束指向和副瓣电平要求的阵列方向图；

所述第二步的在MATLAB中根据天线图乘积定理运算得出方向图；利用改进的引力搜索算法优化每个馈电单元的相位和幅度，实现波束控制和副瓣电平的优化具体包括：

(1)在MATLAB中利用方向图叠加定理得出较为准确的方向图；

其中为天线单元方向图，由HFSS计算得出；为N元直线阵的阵因子；为相邻馈电单元的相位差，a_i和分别为第i个馈电单元的馈电幅度和相位；

(2)在MATLAB中利用改进的引力搜索算法优化方向图函数：将馈电的幅度和相位设为优化对象，初始种群为复数同时包含相位和幅度两种信息，初始化时规定幅度的范围在0～1之间，相位范围0～360度；计算得出的第i次的方向图与目标函数相减，目标函数对副瓣电平和波束指向都有所要求，在主瓣和旁瓣区域使用不同权值加权，得到的结果为个体适应度值fitvalue并排序，先用上代的精英粒子替换掉本代fitvalue值最差的粒子；计算精英粒子的过程中，找到适应值或与最优解距离较远的粒子保存至下一代；引入惯性质量调节因子，利用fitvalue值计算得出算法中的惯性质量M；

再根据以下公式进一步分别优化幅度和相位的速度和位置；

t为迭代次数，为第d维第t次迭代时第i个粒子的速度，为第t次迭代时第i个粒子的加速度，第t次迭代时第i个粒子的位置；对越界的粒子重新定义处理，判断结果是否收敛或者是否超过迭代次数，若符合则中止并画出方向图，若不符合则再次进行循环。

2.如权利要求1所述的基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法，其特征在于，所述第一步的利用MATLAB调用HFSS建立天线单元模型，得到单个天线的方向图函数具体包括：

在MATLAB中编写建立脚本的函数，其中包括设置全局变量，在HFSS中建立曲线方程的函数，得到方向图并导出数据；设置离散扫描和差值扫描的函数；利用MATLAB调用HFSS建立天线单元模型，实现建模自动化，得到单个天线的方向图函数并将数据导出。

3.如权利要求1所述的基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法，其特征在于，所述第三步的再次利用MATLAB-HFSS脚本建立天线阵列模型，统一代入优化后的幅度相位，得出满足波束指向合副瓣电平要求的阵列方向图具体包括：结合利用MATLAB调用HFSS建立天线单元模型，得到单个天线的方向图函数；再次在MATLAB中编写自动调用HFSS建立天线阵列并仿真的脚本函数，脚本中编辑每个馈电单元的相位和幅度，统一代入优化后的结果从而实现波束控制和副瓣电平的优化。

4.一种应用权利要求1～3任意一项所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法的天线。

5.一种应用权利要求1～3任意一项所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和阵列方向图优化方法的无线通信系统。