应用ansoft ensemble设计赋形波束

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1、-44-Ansoft2004年用户通讯应用AnsoftEnsemble设计赋形波束微带天线阵列的研究肖疆朱敏慧范景云（中国科学院电子学研究所，北京100080）摘要:本文设计了适合某工程需要的赋形波束微带天线阵列，首先利用天线阵列综合理论分别对天线的两个主平面进行理论综合，接着借助于ANSOFT公司的Ensemble电磁仿真软件，对阵列进行了仿真.仿真结果与预计要求的指标一致性较好，满足了实际工程的要求。关键词：微带天线、阵列技术、AnsoftEnsemble、仿真Abstract:Amicrostripantennaarraywithshapedbeampatternwasdesign

2、edinthepaper.Firsttheexcitingcoefficientwasgottenthroughthearraysynthesistechnologyofthetwoprincipleplanesoftheradiationpattern,thentheantennawassimulatedusingthemicrowavesoftware(Ensemble).Thetworesultswasagreedwellandmeettheneedoftheprojectofengineering.Keyword:Microstripantenna、arraytechnology

3、、AnsoftEnsemble、simulated一.概述微带天线单元及其阵列以其重量轻，体积小，价格便宜易于制造特别是易于共形和微带电路集成等优点，所以从一提出得到的很高的重视。在全球定位系统GPS(GlobalPositionSystem)，轻便雷达系统，移动通讯等中经常选用的一种天线形式是微带天线，可用充分体现微带天线的优点。微带天线单元可以很好的实现激励幅度和相位调节，并且改变单元的间距也可以实现相位差别，有很大的自由度，适合我们的工程需要。本文先利用天线阵列理论综合技术，设计出适合某工程需要的赋形波束方向图的微带天线阵列，总共有140（5×28）个单元组成，接着利用Ansoft

4、的Ensemble电磁仿真软件（Ensemble运用矩量法(MOM)对电磁场进行全波建模分析），微带天线阵列分别进行了建模和仿真实现。仿真结果与预计要求的指标一致性较好，可以满足实际工程的要求。二.阵列综合过程天线的综合就是在给定要求的天线辐射方向图或方向性参数时，设计天线或阵列单元数目，单元之间的距离，单元的电流的振幅和相位分布以及单元形式特性。根据工程需要，天线阵列的方向图在距离向要求赋形波束，方位向方向图为笔形，而且波束宽度必须满足分辨率要求。这样我们可以分别对两个面进行综合。2.1赋形平面的综合（Woodward-Lawson离散直线阵综合理论）Woodward-Lawson综合

5、法是通过给定方向图适当的选用一些抽样点，设法使这综合的方向图在这些抽样点上与给定的方向图完全一致，对于抽样点以外的方向图形状不作要求。这种方法最常用的。这里通过Woodward-Lawson综合法找出阵列激励幅度和相位的初始值，然后利用优化理论进行进一步的优化，得到更好的激励。设直线阵中第m个抽样电流为Im对应的位置为Zi其这样电流表达式为I(z)=Ime−jkZicosθmmiN其中Im是第m个抽样电流的幅度，N是天线单元数目，θm是抽样点。这样可以得到整个天线阵列的电流分布，设第i个单元的激励电流为Ii，所以抽样线源产生的方向图为：MMIm−jkZicosθIi=∑Im(zi)=∑e

6、m=−Mm=−MNPartnersInDesignAnsoft2004年用户通讯-45-Nsin[kd(cosθ−cosθ)]2mS(θ)=ImmNkd(cosθ−cosθ)m2其中d单元间距，根据上式，抽样方向的最大值等于抽样电流Im，最大方向出现在θ=θ处，这样可以得到整个阵列的m方向图，直接各个抽样方向图之和就是，即NMMsin[kd(cosθ−cosθm)]2S(θ)=∑∑Sm(θ)=ImNm=−_Mm=Mkd(cosθ−cosθ)m2显然，抽样方向图的最大值取决于抽样电流的振幅Im,最大方向取决于抽样点的位置θ。如果适当的选择抽样点θ，mm使第m个抽样点的方向图在θ=θ时为最大

7、值，并且等于给定方向图f(θ)在该方向的的函数值f(θ)，即令mmS(θ)=I=f(θ)mmm而其余所有抽样方向图在该方向均为零，则合成方向图在各抽样点上都与给定方向图完全一致。在抽样点θ，第m个抽样函数为最大值，其余各抽样函数为零，或者说，除第m个抽样点外，所有抽样函数的抽样点（最m大值点）θ(i≠m)应该处于第m个函数的零点，第m个抽样函数的第K个零点出现在cosθ−cosθ=kλ/L，不失一般性，mkm设第零个抽样函数的最大点