一种基于hfss结合遗传算法进行阵列天线方向图优化的研究

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1、一种基于HFSS结合遗传算法进行阵列天线方向图优化的研究　　摘要：提出一种新的对阵列天线方向图进行优化的方法，即借助AnsoftHFSS软件进行单元天线阵仿真，提取出各单元单独馈电的电流数据或远场数据，利用遗传算法对提取出的电流数据实施优化，得出满足方向图要求的单元电流值和相位值。结果表明，基于HFSS建模的灵活性，该方法可方便进行任意特性天线阵列的方向图综合，优化时对提取出的数据只需进行简单的远场外推或叠加，因而具有极快的计算速度。区别于传统的单独用遗传算法进行优化的方法，该方法将工程软件AnsoftHFSS和遗传算法相结合，有效地提高了天线阵综合时的计算精度和目标函数的计算效率，进

2、而有效提高了方向图的优化效率。　　关键词：单元电流值；电流相位值；方向图；遗传算法；天线阵列　　中图分类号：TN820.1+2?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）09?0075?03　　Abstract：Anewmethodtooptimizethearrayantennadirectionalpatternisproposed，inwhichthecellantennaarrayissimulatedwithAnsoftHFSSsoftwaretoextractthecurrentdataorfar?fielddataofeachexclusivefeedce

3、ll，andthenthegeneticalgorithm（GA）isusedtooptimizetheextractedcurrentdatatoobtainthecellcurrentvalueandphasevaluesatisfyingthe6requirementofdirectionalpattern.ThemethodcanconvenientlysynthesizetheantennaarraydirectionalpatternwitharbitrarycharacteristicsduetotheflexibleHFSSmodeling，andonlyasimple

4、far?fieldextrapolationorsuperpositionfortheextracteddataisneededwhileoptimizing，soithasfastcalculationspeed.DifferentfromthetraditionaloptimizationmethodusingGAonly，themethodcombiningengineeringsoftwareAnsoftHFSSwithGAcaneffectivelyimprovethecomputationalaccuracyoftheantennaarraysynthesis，comput

5、ationalefficiencyoftheobjectivefunction，andtheoptimizationefficiencyofthedirectionalpattern.　　Keywords：cellcurrentvalue；currentphasevalue；directionalpattern；geneticalgorithm；antennaarray　　0引言　　天线阵方向图[1]综合（优化）对天线阵应用尤为重要，根据实际问题的需要，常常采用三种综合手段：单元相对位置、单元馈电幅度、单元馈电相位同时改变；单元相对位置不变，只改变各单元幅度和相位；单元间距和幅度均不变

6、，只改变单元相位。在大型天线阵中，则更多地采用后两种方法综合方向图。本文研究后两种情况。6　　遗传算法作为一种全局优化方法，可以抛开待优化目标函数的具体特性，利用遗传学的思想进行全局随机搜索从而找到最优值。由于天线阵优化等电磁问题的目标函数具有形态复杂、多峰值的特点，故比较适合用遗传算法进行优化。　　用遗传算法进行天线阵综合主要有两种方法：第一种方法是将单元看作理想偶极子，远场用解析式表达，其优点为优化速度极快，但实际问题中的单元都远非理想偶极子，且阵列中往往带有其他不可忽略的电结构（如反射板等）以致该方法无法保证精度；第二种方法（如矩量法等）计算目标函数，用遗传算法进行优化综合，这种

7、方法有更高的计算精度，但数值方法计算目标函数效率较低，并且对实际应用中电结构极其复杂的天线阵，建模也是一个极大的困难。　　本文提出一种新的天线阵方向图优化的方法：先用HFSS进行单元天线阵仿真，提取出各单元单独馈电时的电流或远场，然后用遗传算法进行优化处理，得出满足方向图需要的单元电流和相位，方法的精确度完全取决于HFSS模拟的精确度，利用HFSS建模的灵活性，能很方便地进行任意特性天线阵列的方向图综合，并且提取出数据后只需进行简单的远场外推或