极小极大值法在赋形反射面天线设计中应用研究

为了使星载天线的远场方向图与服务区的形状相匹配,并在服务区内获得高的增益和交叉极化隔离度,通过雅可比-贝塞尔（Jacobi-Bessel）函数来表示反射面的形状,应用极小极大值（Minimax）算法对单偏置抛物反射面天线进行优化设计。在优化过程中,把表征反射面形状的展开系数作为优化参数,利用物理光学（PO）与物理绕射理论（PTD）相结合的方法来计算远场,同时考虑了天线的增益和交叉极化隔离度,并对反射面的形变量加以限制来保证最终优化得到的星载反射面天线能够应用现有技术和材料加工出来。最后以产生一个覆盖巴西全部领土的赋形波束为例进行了优化设计,数值仿真结果表明：在服务区内主极化增益都高于28.5 dBi,交叉极化隔离度都在21 dB以上。     

在轨重构抛物面反射阵天线相位优化设计

为了实现天线波束在轨重构,随机圆整法被应用于星载抛物面反射阵天线单元相位优化设计。在优化过程中,把离散相位优化问题连续化,用Minimax算法求其最优解,通过随机圆整来得到阵列单元的相位。为证明算法的有效性,以一个工作在Ku频段的抛物面反射阵列天线为例,对其单元相位进行了仿真优化。数值仿真结果表明:此算法不仅能够在服务区内产生点波束,而且能够产生满足特定指标要求的赋形波束,提高了天线波束的灵活性。     

遗传算法在赋形波束阵列天线优化中的应用

本文对遗传算法应用于赋形波束阵列天线优化进行了研究,通过对算法的综合和改进,使赋形波束阵列天线在给定副瓣电平和波束覆盖的条件下,增益得到了明显改善,达到了优化的目的,证实了遗传算法应用于此类问题的可行性和有效性.     

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开头复杂的特点,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减束赋形,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。     

增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究

基于遗传算法的激励优化算法是求解阵列天线波束赋形问题时常用的激励求解算法。传统遗传算法在优化阵列天线激励时,对阵元天线方向图矢量叠加获得阵列天线合成方向图后,与目标方向图做相似度判断,经过多次运算获得满足设计要求的激励值。然而算法中通常不关注赋形结果的副瓣抑制,导致阵列天线波束赋形结果副瓣抑制效果不理想。该文提出一种基于一组低副瓣波束线性叠加的波束合成机制,将合成方向图与目标方向图做相似对比,结合遗传算法的优化求解方法,最终获得与目标方向图匹配的合成方向图,且合成方向图具有高副瓣抑制的特性。以一款16阵元 波段微带偶极子线性阵列天线为例,该文提出的具有副瓣抑制机制的遗传算法求得的赋形波束获得了-27.5 的副瓣抑制效果,远远好于传统遗传算法求得的赋形波束-19 的副瓣抑制。     

宽带三波束双弯曲反射面天线

双弯曲反射面天线是一种经典的赋形反射面天线。本文对其偏焦和宽频带性能进行了研究。采用优化设计的方法,实现15％带宽、偏焦7.5°(6.25倍波束宽度)的偏焦波束.并在此基础上实现了天线的三波束工作。     

一种基于DFP-BFGS算法的阵列天线波束赋形方法

为优化得到给定形状的目标方向图,引入了一种基于DFP-BFGS无约束最优化算法的数值方法.优化过程是先对阵列各单元的激励幅度和相位同时优化,然后对得到的阵列激励幅度数据进行部分调整,使其更加均匀以便于馈电网络的设计.最后固定激励幅度分布,仅对相位数据进行优化.在实现对方向图主瓣波束赋形的同时,得到了较为均匀的激励幅度分布.该优化方法具有应用灵活和结果可调控的优点,是一种实现阵列天线波束赋形的实用方法.     

基于仅相位加权的阵列天线波束赋形优化方法

给出了一种仅改变相位分布的阵列天线波束赋形优化算法.在不改变阵列天线各单元的馈电幅度分布的前提下,为了使天线的辐射波束形成给定的方向图形状,采用联合应用DFP和BFGS公式的变度量优化算法对阵列天线各单元的馈电相位分布进行优化,使得优化后的阵列天线主波束形状能够与预给的波束形状吻合,从而达到设计要求.该方法为N维函数无约束极小值方法,具有快速收敛、计算量小的优点,是一种阵列天线波束赋形的通用方法.     

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.     

预测反射面天线馈源毁伤效应的混合算法

提出了一种预测反射面天线系统在馈源毁伤状态下辐射特性的混合算法.采用时域有限差分法(FDTD)分析了波导开口辐射器馈源穿孔毁伤时的初级辐射特性,利用物理光学法(PO)和物理绕射理论(PTD)分析了反射面天线的次级辐射特性.并采用非场分裂式完全匹配层(UPML)吸收边界条件、共形网格(Conformalmesh)技术提高计算精度和效率,取得了良好的效果,充分验证了混合算法的有效性.     

Dual band dielectric resonator antenna for wireless application

The proposed technique is an integration of a slot antenna and a dielectric resonator antenna (DRA). This is designed without compromising miniaturisation and efficiency. It is observed that the integration of slot and dielectric structure itself may be merged to achieve extremely wide bandwidth over which the antenna polarisation and radiation pattern are preserved. Here the effect of slot size on the radiation performance of the DRA is studied. The antenna structure is simulated using the CST software. The simulated results are presented and compared with the measured result. This DRA has a gain of 7.1 and 6.3?dBi at 5.7 and 8.1?GHz, respectively, its 10?dB return impedance bandwidth of nearly 4.5% and 5.5% at two resonating frequencies. A total of 98% efficiency has been achieved from the configuration. It is shown that the size of the slot can significantly affect the radiation properties of the DRA and there are good agreements between simulation and measured results.     

双圆极化共形相控阵天线研究

设计了一种基于十字缝隙耦合双圆极化微带共形相控阵天线。首先设计了微带天线单元,分析了天线各结构参数对天线性能的影响。通过电桥向偏馈于十字缝隙上的馈线馈电,实现等幅、相差90°馈电,电桥的两个端口分别获得旋向相反的圆极化信号。然后对天线单元进行了测量,结果表明天线轴比小于3dB 的带宽为16%,驻波小于1.5 的带宽 为17%,波束宽度大于87°。最后对5×5 共形相控阵天线进行了仿真与测量,结果显示天线可以扫描60°,适合用作载体共形的卫星通信天线。     

缝隙加载双频RFID读写器天线设计

设计了一款应用于RFID系统的双频读写器天线,该天线由一层双边开槽贴片,厚空气层及接地层的加载缝隙耦合实现双频工作.仿真天线的性能指标为:在驻波比小于2.0时,低频段(900 MHz)的工作带宽约为70 MHz(870～940 MHz),天线增益为6.57 dBi,高频段(2.4 GHz)的工作带宽约为300 MHz(2.235～2.535 GHz),天线增益为4.74 dBi;所设计的天线尺寸为179.3 mm×120 mm.     

一种新型的陷波天线

设计了一种新型的超宽带天线,具有小型化,2.0~10.6 GHz的工作带宽及全向性的特点。基于该超宽带天线提出了一种新的实现陷波特性的方法,在天线的地板上添加一个近似半圆的谐振单元,该单元与辐射部分通过一个通孔相连,并且所加的结构对原始超宽带天线的其他特性影响很小。同时给出了该方法的等效电路。仿真与实测结构均表明该超宽带天线驻波比(VSWR)小于2的阻抗带宽是2.0~10.6 GHz,天线在5.0~5.9 GHz处有明显的陷波特性,很好的覆盖了无线局域网(WLAN)(5.125~5.85 GHz）的工作频段。可以解决超宽带通信频段与WLAN间的电磁干扰问题,实现频谱兼容。     

一种新型的陷波天线

设计了一种新型的超宽带天线,具有小型化,2.0~10.6GHz的工作带宽及全向性的特点。基于该超宽带天线提出了一种新的实现陷波特性的方法,在天线的地板上添加一个近似半圆的谐振单元,该单元与辐射部分通过一个通孔相连,并且所加的结构对原始超宽带天线的其他特性影响很小。同时给出了该方法的等效电路。仿真与实测结构均表明该超宽带天线驻波比(VSWR)小于2的阻抗带宽是2.0~10.6GHz,天线在5.0~5.9GHz处有明显的陷波特性,很好的覆盖了无线局域网(WLAN)(5.125~5.85GHz)的工作频段。可以解决超宽带通信频段与WLAN间的电磁干扰问题,实现频谱兼容。     

双频双圆极化北斗天线的设计

设计了一种的小型化的双频双圆极化微带天线。对两个工作于主模的正方形贴片,通过采用对角切角方法,在北斗卫星导航系统的S频段实现右圆极化。通过蚀刻不对称臂U型槽结构,在北斗卫星导航系统的L频段实现左圆极化与小型化。其相比对普通的圆极化天线尺寸减小了24%,使用HFSS进行仿真,仿真结果表明本天线可以达到北斗系统对天线的各项指标要求。     

一种双陷波超宽带单极子天线的设计

提出了一种新型双陷波特性的超宽带单极子天线。通过在介质基板上添加锥形辐射贴片,天线可以覆盖超宽带通信频段。在辐射贴片上引入上、下两个锥形缝隙结构,可以实现3.5 GHz、5.5 GHz的双陷波特性。天线实测模型电压驻波比＜2的阻抗带宽是2.56~10.61 GHz,其中3.18~3.76 GHz和4.4~5.75 GHz具有陷波特性。测试表明,天线在工作频带内具有全向辐射特性。     

一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线

将基片集成波导技术和平面螺旋天线技术结合,提出了一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线。在其它条件一样前提下,采用基片集成波导结构的天线和没采用该SIW结构时相比,天线增益在低频段1.7～1.87GHz增益基本一样,在高频段2.4～2.9GHz有SIW结构的增益提高了1.1～3.5dB。仿真和测试结果表明,经优化设计后的天线在S11小于-10dB时的工作频带为1.705～1.865GHz和2.321～2.646GHz。该天线在垂直于天线基板的平面内具有全向特性,具有重量轻、低剖面、高增益、易于和平面电路集成等优点,可以用于同时接收移动通信信号和无线局域网信号。     

Dual Band Dual Polarization Directive Patch Antenna Using Rectangular Metallic Grids Metamaterial

In this letter, a kind of metamaterial superstrate based on rectangular metallic grids is presented to enhance the directivity of patch antenna at two frequency bands for two orthogonal polarizations. According to the periodic boundary condition, the influences of its important geometry parameters are investigated in detail by simulating its unit cell. It is found that the transmission peak frequency is intimately related to the size of rectangular metallic grid. Then, a dual band dual polarization patch antenna with metamaterial is studied and compared with conventional patch antenna. It is demonstrated that by introducing the proposed metamaterial superstrate, the gain of the patch antenna is improved by 9.5 dB at 14.1 GHz for x polarization and 12 dB at 15.4 GHz for y polarization, respectively.     

双波束询问机天线的设计

设计了一种新型的双波束询问机天线。对微带馈电网络进行了一体化设计,使馈电网络的接地板与阵列的反射面共用,构成了一个结构紧凑的天馈系统。研制出性能优,成本低,重量轻的询问机天线。