电抗加载天线阵的优化设计及性能分析.pdf

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1、第6卷第2期中国舰船研究V01．6No．2垫!!笙兰旦垦垫i翌!!!!!竺翌堂!!曼生P垦!!!竺!!垒21：兰Q!!doi：10．3969／j．issn．1673—3185．2011．02．013电抗加载天线阵的优化设计及性能分析李戈阳中国舰船研究设计中心．湖北武汉430064摘要：为优化均匀圆形天线阵的辐射性能．利用矩量法对电抗加载偶极子均匀圆阵的波束形成进行了可行性分析．并设计了粗选与微扰结合的电抗加载值序列优化计算方法，以满足指定方向上波束形成的需求。仿真结果表明。电抗加载天线阵波束形成方法能有效在期望方向上形成具有较高增益与前后比的波束．且对阵半径与电抗加载值

2、的误差具有一定的容错能力。该分析方法与计算结果对电抗加载天线阵的设计与实际T程应用具有一定的指导意义。关键词：电抗加载；偶极子；波束形成；增益；前后比中图分类号：U665．26文献标志码：A文章编号：1673—3185(2011)02—65一04OptimizationDesignandPerformanceAnalysisofReactanceLoadedAntennaArraysLiGe-yangChinaShipDevelopmentandDesignCenter，Wuhan430064，ChinaAbstract：Tooptimizetheradiationpe

3、rformanceofcircularantennaarray，MethodofMoments(MoM)wasappliedtoanalyzethefeasibilityofachievingbeamformingbyreactanceloadedcircularantennaar-ray，whichisconsistedofsymmetricallydisplaceddipoleantennas．Then，coarseandturbulencecombi—nationsearchingalgorithmforreactanceloadingsequenceisprop

4、osedforbeamforminginspecifieddi—rection．Thesimulationresultsshowthatbeamsofrelativelyhighgainandfore—rearratiocanbeformedonrequireddirections，andtheerrorsofarrayradiusandloadedreactancecanbetoleratedtoacertainextent．Theanalysismethodsandcomputationalresultsareofcertainsignificancetothede

5、signandprac—ticalengineeringapplicationofreactanceloadedantennaarray．Keywords：reactanceloaded；dipole；beamforming；gain；fore-rearratio1引言电抗加载天线阵以其结构简单．不需要多路接收机．采用对寄生振子进行电抗加载就可实现波束控制等诸多优点．在舰载通信系统N-21、现代雷达和通信[3]领域得到了广泛应用。利用寄生振子控制天线阵辐射方向的方法在本世纪初由日本学者提出．利用此方法制成的Yagi—Uda天线已在通信和广播等领域得到广泛应用．但将这一方

6、法上升到理论高度的却是美国学者Harrington。1978年．Harrington首次提出电抗加载天线阵理论[4】，并以七元圆阵为例对增益方向图进行了综合优化。用计算结果证明了理论的有效性。基于电抗加载天线阵的基本理论．本文设计了小型均匀圆阵．并计算了天线阵半径的变化与电抗加载值的误差对天线阵电性能的影响。2电抗加载天线阵的分析与设计2．1电抗加载原理的矩量法分析自从1978年Harrington将矩量法应用于电磁学后．矩量法一直是分析线天线辐射与散射问题的有效T具i5】。矩量法是一种将线性空间的算子方程转化为矩阵方程来进行计算的数值方法。收稿日期：2010—04—2

7、8基金项目：“十一五”预研基金资助项目作者简介：李戈阳(1982一)，男，博士，工程师。研究方向：无线电物理。E-mail：ligeyang_82@163．corn66中国舰船研究第6卷本文根据矩量法原理．采用分段正弦基和伽辽金法计算了天线阵各单元的电流分布[6]。根据矩量法原理．采用分段正弦基和伽辽金法分析天线。设每根振子均匀分为m+l小段，形成m个元偶极子．振子的全长为2L．共有n根振子。在第1根振子的中心，用电压源‰馈电。可构造矩阵方程：Z11,7,12⋯Zli,7,21Z22‘’‘Z2／ZilZ讫⋯Zi0●：yo●：ZNN¨厶JI