面阵体阵波束赋形及小型化研究

波束赋形是智能天线的重要技术之一.文章从理论上研究了面阵和体阵及小型化的波束赋形,解出了方向图函数,分析了赋形方向图的特征,并设计了一款小型化梯形体阵,以期有助于智能天线系统的管理、维护、优化和改进.     

低副瓣任意波束直接合成算法研究

在传统阵列天线波束赋形设计中，通过对阵元天线辐射方向图进行幅度相位加权，获得阵列合成方向图.通常阵元激励幅度相位权值的获取，取决于优化算法对目标方向图和阵列合成方向图的对比，通过对阵元激励幅度相位进行大量随机选参后，获得优化结果.由于算法通常是基于相关的阵元方向图，且算法中缺乏副瓣抑制机制，使得方向图合成效率不高且副瓣效果通常不理想.该文设计了一种任意波束直接合成算法.该方法首先在阵元方向图的基础上获得一组互相独立的高增益窄波束（自由基波束），然后基于此波束进行方向图的直接合成，使波束赋形问题统一到基于自由基波束权值运算的范畴内，对波束赋形问题进行了统一，避免了未知参量的随机优选过程，极大提升了阵列天线波束赋形设计的效率.同时在自由基设计的过程中结合了副瓣抑制机制，且这种副瓣抑制机制与波束赋形过程互相独立，使合成波束的副瓣天然地具备了低副瓣的特征.     

一种新型波束赋形算法

为了使智能天线获得最大的处理增益,基于传统的on-off波束赋形算法,提出了一种新型的波束赋形算法。该算法通过利用最速下降法最大化用户数据的SINR,获得入射平面波到达各阵元相对到达参考阵元距离差的最优解,从而极大化目标函数,在此基础上,求取智能天线阵元的最优波束赋形权值。仿真表明,采用论文提出的算法可以大大改善智能天线系统性能。     

60 GHz毫米波通信中一种新的波束搜索算法

采用毫米波进行信号传输,使多天线技术集成实现成为可能,继而可利用阵列天线波束赋形技术。然而,当天线阵元数增多时,将导致最优波束对的搜索算法复杂度急剧增加。该文充分利用不同数目阵元产生的波束特性,提出一种基于划区而治的逐步细化高效搜索算法;通过逐步增加使能天线数目,有效缩小搜索空间,最终实现最优波束对搜索。相比于现有方案,该算法能显著降低搜索过程中信令传输及能量消耗,仿真结果进一步验证了该算法的有效性。     

用延时器将面阵转为体阵波束赋形的研究

文章通过分析"面阵+复制器+延时器=体阵"模型新小型化思路、面阵和体阵的波束赋形、使用延时法将面阵转换成体阵,得出结论:在平面阵列上使用体阵列的波束赋形方法可以实现TD-LTE智能天线小型化是一个有用方法。     

天线阵列的波束赋形仿真

仿真了基于均匀线阵和圆阵的波束赋形技术,波束赋形使用线性约束最小方差准则,仿真结果表明,波束赋形能使天线主波束对准期望用户,低增益旁瓣或零陷对准干扰信号,达到有效利用有用信号抑制干扰信号的目的。     

基于时域调制反射阵列的波束赋形技术

传统的反射阵利用相控器件与微带线实现波束赋形。为了降低相控成本与系统复杂度,提出基于时域调制阵列波束赋形技术。时域调制反射阵列是一种基于简单可重构反射单元的反射阵,它利用控制可重构反射单元的开与关,达到控制阵列输出,实现旁瓣抑制、波束赋形等功能。通过理论推导及仿真,结果表明,时域调制反射阵可以在不采用传统阵列中的相控器件及馈电网络的前提下,采用最小方差无失真响应波束赋形方法与时间调制法,生成理想的方向图,实现波束赋形功能。此特性将有利于推广波束赋形技术在毫米波频段反射阵的应用。     

一种阵列天线快速波束赋形方法

介绍了一种阵列天线快速赋形方法,该方法基于Orchard综合,采用遗传算法对Schelkunoff单位圆零点的位置移动实现波束赋形。波束赋形分为两个步骤:1)根据副瓣电平采用解析法确定初始零点位置;2)以赋形区域内零点径向位移作为自由度,用遗传算法进行赋形区域单目标寻优。相对常见以阵元的幅度相位作为自由度编码的遗传算法赋形,该方法不仅有效避免了副瓣和赋形区的多目标均衡问题,而且算法自由度大幅减少,收敛速度快,能够同时实现较低副瓣电平和赋形区精度要求。通过余割平方赋形和扇形波束两个实例说明该方法的有效性,可以应用于阵列天线快速赋形设计。     

基于模式搜索算法的仅相位加权相控阵天线波束赋形

仅相位加权的波束赋形技术在相控阵天线中有着广泛的应用,本文提出了一种利用模式搜索算法进行仅相位加权的相控阵天线波束赋形技术。该算法对初始相位分布没有严格要求,任意取值的初值都可以得到较为理想的结果。恰当的选取算法的初始步长和计算精度,可以有效降低迭代步数,缩短计算时间。最后,本文详细讨论了模式搜索算法在两种波束赋形中的应用。     

卫星反射面天线波束赋形的研究

卫星波束赋形天线普遍采用阵馈抛物反射面天线和单馈成形反射面天线。针对前者阵馈和后者反射面表面形状复杂的特点,本文分别采用了遗传算法和共轭梯度法对这两种天线进行了优化,并获得了中国版图的波束赋形,说明上述算法在卫星反射面天线波束赋形优化中是有效的。     

基于改进麻雀搜索算法的稀布线阵综合方法

针对阵列天线中阵列孔径、阵元数目、阵元间距等多约束的稀布线阵综合问题,文中提出了一种基于改 进麻雀搜索算法的稀布阵列综合优化方法。给出了改进麻雀搜索算法的流程,并在确定阵列孔径、阵元数目和最小阵 元间距的约束条件下,采用Tent 混沌映射进行天线阵元位置的初始化,提高算法的搜索性和收敛性,实现了抑制天线 峰值旁瓣电平(PSLL)的稀布线阵综合仿真。仿真结果表明,所提出的方法相比于其它文献中的优化方法,能够得到更 低的峰值旁瓣电平,稳健性好,效率高。在仿真结果的基础上,引入实际天线进行组阵分析,验证了该方法的可行性。     

基于遗传算法的圆形天线阵波束成形算法

将基于GA(遗传算法)的波束成形算法应用于二维圆形天线阵,研究了算法在解决抑制多个窄角度强干扰问题时的性能;同时提出了一种改进的二进制编码方法,该方法引入了若干参数用以方便地控制解的精度和搜索空间。仿真结果表明,算法可以使得天线阵在主波束对准有用信号的同时,有效地抑制多个强干扰。文中建立的模型适用于卫星通信抗空间恶意干扰问题。     

混合BMO算法用于紧耦合甚低频直立阵去耦优化

提出了一种基于混合蝴蝶交配优化（butterfly mating optimization，BMO）算法抑制阵列天线互耦的新方法.该方法首先根据建立的阵列天线的非线性优化模型，对优化变量进行分组排序，利用二进制BMO算法对模型馈线进行稀布优化；其次，为平衡全局搜索和局部寻优能力，在标准BMO算法的基础上赋予蝴蝶个体均匀混沌初始化和自适应变位移机制，对天线结构进一步优化.将所提方法应用于二元甚低频（very low frequency，VLF）紧耦合伞形天线阵，结果表明:所提方法能够有效改善相控时阵元的辐射电阻，组阵增益接近理论值，提升了阵列天线的波束合成性能.该方法为大型阵列天线互耦抑制提供了新思路.     

Memetic Algorithms for Optimizing Adaptive Linear Array Patterns by Phase-Position Perturbation

In this paper, based on the phase-position perturbation method, an innovative optimal adaptive antenna technique is proposed, where the deduced radiation pattern formulas available for searching optimal solutions are used to search the optimal weighting vector. The optimal radiation pattern designs of adaptive antenna are studied by the phase-position perturbation method. Memetic algorithms are used to search the optimal weighting vector of the phase-position perturbations for the array factor. The design for an optimal radiation pattern of an adaptive antenna can not only adjustably suppress the interferers by placing nulls at the directions of the interfering sources, but at the same time provide a maximum main lobe in the direction of the desired signal, i.e., to maximize the signal-to-interference ratio. To achieve this goal, a new convergent method, referred to as the two-way convergent method for memetic algorithms, is proposed. The memetic algorithm combines a genetic algorithm and local search heuristics to solve combinatorial optimization problems. The memetic algorithm is a kind of improved type of the traditional genetic algorithm. By using a local search procedure, it can avoid the shortcomings of the traditional genetic algorithm, whose termination criteria are set up by using the trial and error method. This proposed method is also able to solve the multipath problem, which exists at the same time in this communication system. The optimal radiation pattern concept can be implemented in practical wireless communication systems. Simulation results are also given in this paper.     

Synthesis of concentric circular antenna arrays using dragonfly algorithm

Due to the strong non-linear relationship between the array factor and the array elements, concentric circular antenna array (CCAA) synthesis problem is challenging. Nature-inspired optimisation techniques have been playing an important role in solving array synthesis problems. Dragonfly algorithm (DA) is a novel nature-inspired optimisation technique which is based on the static and dynamic swarming behaviours of dragonflies in nature. This paper presents the design of CCAAs to get low sidelobes using DA. The effectiveness of the proposed DA is investigated in two different (with and without centre element) cases of two three-ring (having 4-, 6-, 8-element or 8-, 10-, 12-element) CCAA design. The radiation pattern of each design cases is obtained by finding optimal excitation weights of the array elements using DA. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms the other state-of-the-art techniques (symbiotic organisms search, biogeography-based optimisation, sequential quadratic programming, opposition-based gravitational search algorithm, cat swarm optimisation, firefly algorithm, evolutionary programming) for all design cases. DA can be a promising technique for electromagnetic problems.     

米波雷达仰角和多径衰减系数联合估计算法

 针对多径信号严重影响米波雷达低仰角测高的问题,基于广义MUSIC算法的思想,提出了一种可同时估计目标仰角和多径衰减系数的新算法。该算法利用阵列协方差矩阵和搜索角度计算出虚拟的多径衰减系数,然后将该系数与搜索角度一起构造子空间,当该子空间与噪声子空间正交时,即可获得波达方向角度,对应的系数即为多径反射波相对于直达波的多径衰减系数。该算法在克服多径效应的同时,不损失阵列孔径,不要求阵列具有特殊的结构。理论分析和仿真结果表明了该算法的优越性。     

基于GA的智能天线系统前端扇区阵列设计

使用遗传算法(Genetic Algorithm)设计了智能天线系统前端的扇区天线阵列。该天线阵列用于TD-SCDMA基站系统中。依据智能天线系统扇区覆盖模式(即广播波束)对方向图的要求，利用GA的全局搜索性能，综合了阵列结构及单元激励相位。对该阵列结构使用GA模拟了智能天线系统工作模式(业务波束)下所要求方向图的阵列激励幅度和相位。给出了实际的智能天线系统前端扇区天线阵列结构，对智能天线技术的应用具有重要意义。     

基于改进型粒子群算法的阵列天线综合

粒子群优化(PSO)算法是一种通过粒子之间的合作与竞争来实现复杂多维空间的最优区域搜索的优化算法。本文中改进型PSO算法(NPSO),通过增加积分控制项改善了PSO算法全局搜索能力,并将该方法应用于多元环形阵列天线方向图的综合,实现了阵列方向图与预先给定的目标方向图的高度逼近。最后通过数值实例说明这种NPSO方法的有效性。     

基于HFSS的智能天线自适应算法的研究

以3G基站系统智能天线阵列为研究对象,在研究了常用智能天线自适应算法的基础上,针对常用算法测向精度有限以及来波方向估计过程的复杂性等问题,通过在接收机的输出端引入阵列导向矢量信号,利用阵列导向矢量的特殊性质,得出了一种改进后的自适应算法。采用该算法的智能天线阵列,不仅具有较强的波束搜索能力和抗干扰性能,而且不存在复杂的来波方向估计过程。最后通过对8元直线型智能天线阵列的HFSS仿真实验,得出了SINR、驻波比、方向图等特性曲线,验证了该算法的可行性。     

改进的波束成型遗传算法对宽角度干扰的抑制

将遗传算法应用于一维线性天线阵的波束成型，研究了该算法对宽角度干扰的抑制性能。提出了一种改进的二进制编码方法，引入若干参数用以方便地控制了解的精度和搜索空间。仿真结果表明，该算法可以有效地抑制宽角度范围的强干扰信号，收敛速度快，抑制深度可达30dB。与已发表的文献比,该算法得到了更好的干扰抑制效果。