矩形贴片微带天线直线阵优化的初步分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页献【21]使用十进制遗传算法对不等间距天线阵进行了低副瓣方向图综合。1．2本文研究内容的意义微带天线阵在雷达目标精确识别、电子对抗、地质矿藏勘探、地球物理勘测等众多军用和民用领域应用广泛。解决微带天线阵的优化问题具有非常明确和迫切的应用需要。由于实数遗传算法比简单遗传算法有高得多的精度，所以使用实数遗传算法能得到非常精确的结果，即可使微带天线阵列优化达到比较精确的目的。在优化过程中，控制主瓣宽度和降低旁瓣电平本来就是相互矛盾的，当其它条件相同时，主瓣宽度越宽，旁瓣电平可以达到较低值。因此如何既

2、能较好地控制主瓣宽度又使旁瓣电平降低到满意程度是一个全新的探索，具有一定的理论意义。本文采用独特的目标函数，使用不同于他人的选择、交叉、变异技术。首先对天线阵因子进行优化，然后结合具体的矩形贴片微带天线主平面方向图，在控制零点主瓣宽度的前提下进行优化，证明了实数遗传算法对天线阵优化的有效性，探索了控制零点主瓣宽度的一些方法。1．3本文所做的工作，本文利用时域有限差分法计算矩形贴片微带天线的近场，然后通过近远场变换得到其远场辐射方向图，最后采用实数遗传算法结合矩形贴片微带天线方向图在控制零点主瓣宽度的前提下进行阵列优化。具体所作工

3、作如下：1．利用传输线法推导了矩形贴片微带天线远场辐射方向图的计算公式。·2．推导了时域有限差分法中的有关计算公式。3．结合时域有限差分法并通过编程计算了几种频率不同的矩形贴片微带天线的近场。4．利用时域有限差分法中的近远场变换理论通过编程得到了频率不同的矩形贴片微带．天线的远场方向图，将其和传输线法得来的结果进行了对比。5．利用实数遗传算法研究了16元、17元天线阵如何在控制一定零点主瓣宽度的情况下降低旁瓣电平。首先以各单元馈电电流和单一阵元第4页西南交通大学硕士研究生学位论文间距为变量，再固定阵元间距只以各单元馈电电流为变量

4、，得来的降低旁瓣电平的计算结果与切比雪夫等副瓣线阵的电流分布及天线阵方向图进行了对比。然后，结合矩形微带贴片天线主平面的单元方向图对天线阵进行了降低旁瓣的探索。随后，在以所有阵元间的间距为变量，控制一定主瓣宽度下降低旁瓣电平方面作了探索。最后以所有阵元电流及所有阵元间距为变量在控制一定主瓣宽度下降低旁瓣电平方面作了初步探索。1．4本文主要内容本文的内容安排如下：。第一章，绪论；第二章，微带天线的基本原理，介绍了矩形贴片微带天线的结构和设计时应满足的基本要求，对微带天线的辐射机理进行了初步的探讨。利用传输线法推导了矩形贴片微带天线

5、的辐射方向图，并对矩形贴片微带天线进行了一些性能分析。第三章，时域有限差分法在计算微带天线中的应用，对时域有限差分法的理论进行了比较详尽的介绍和探讨：利用时域有限差分法对几个不同频率的矩形贴片微带天线模型通过编程计算了它们的近场；并结合时域有限差分法中的近远场变换理论，利用计算机仿真得到它们的远场辐射方向图；把计算得到的远场辐射方向图与利用传输线法得到的方向图进行了对比。第四章，实数遗传算法对线阵旁瓣电平的优化，介绍了遗传算法的优点及执行遗传算法的步骤和实数遗传算法的优点，讨论了遗传算法的组成要素及实数遗传算法与二进制遗传算法的

6、区别；然后在控制零点主瓣宽度的基础上对馈电电流幅度不同和单一阵元间距为变量的16元天线阵进行了降低旁瓣的优化，得到的结果与切比雪夫f22_”1等副瓣线阵的电流分布及方向图进行了对比，差异非常小。其次固定阵元间距为0．75或0．8倍波长，只以馈电电流为变量，在控制主瓣宽度的前提下对16元、17元的天线阵进行了降低旁瓣的优化；并且与切比雪夫等副瓣线阵的电流分布及方向图进行了对比，差异很小。然后结合具体的矩形贴片微带天线的主平面方向图对馈电电流幅度不同或阵元间距不同的16元、17元天线阵进行了降低旁瓣的优化：最后以阵元间距及阵元电流为

7、变量对16元天线阵进行了降低旁瓣电平的探索。西南交通大学硕士研究生学位论文第5页第二章微带天线的基本原理2．1微带天线的工作原理2．1．1微带天线的辐射机理’微带天线的基本原理可由考察矩形贴片微带天线来理解。如图2-1所示贴片尺寸为WxL，介质基片厚度为h，h<<^，凡为自由空间波长。微带贴片可看作宽∥长工的一段微带传输线，其终端(形边)处因为呈现开路，将形成电压波腹。一般取La兄。／2，九为微带线上波长，于是另一端(形边)处也呈电压波腹。此时贴片与接地板间的电场分布如图2—2所示，该电场可近似表达为(设沿贴片宽度和基片厚度方向

8、电场无变化)：E=Eocos(xy／L)(2-1)图2-1矩形贴片微带天线示意图，j

9、EJ，h‘脚K、，膨y图2-2微带天线截面图第6页西南交通大学硕士研究生学位论文天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形成。由等效性原理知，窄缝上电场的辐射可由面磁流的辐射来等效