【57页】毕业论文_阵列天线方向图综合分析与仿真.doc文档原创精品 ㊣ 精品文档 值得下载

种方向，其研究催生了包括相控阵天线，频扫天线，多波束天线天线等在无线通信，雷达，导航领域中广泛应用的新型天线。

而阵列天线方向图是种描述阵列天线辐射特性的方式。

本文首先介绍天线的基本概念和阵列天线的数学模型，并按照定义对典型阵列天线进行分析。

通过对二项式阵的分析，然后介绍最经典，应用最广泛的道尔夫切比雪夫综合算法泰勒单变量综合法泰勒切比雪夫误差综合法副瓣课可控泰勒综合法傅里叶变换法微扰法等几种常见阵列天线综合算法。

通过这几种综合算法的方向图比较，总结出其特点。

最后介绍在实际工程中，减小阵列天线耦合的算法。

本文以阵列天线的方向阵因子，为主要研究对象来分析和综合均匀直线阵天线的方向性。

讨论阵列天线方向图中主射方向和主瓣宽度随各参数变化的特点，并借助绘制出天线方向性因子的二维方向图展示天线辐射场在空间分布的规律，表现辐射方向图的特点。

关键词阵列天线，道尔夫切比雪夫综合算法，泰勒综合算法，微扰法东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页，东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论研究的背景和意义国内外研究的现状本文的研究内容章节安排天线和阵列天线引言天线的基本参数定义阵列天线的理论基础电磁波的干涉与叠加方向图乘积定理天线阵的几种常见阵列本章小结直线阵列的分析和综合引言直线阵列分析边射阵普通端射阵强方向性端射阵直线阵列的综合算法副瓣电平控制道尔夫切比雪夫综合算法泰勒综合算法单变量方法泰勒综合法切比雪夫误差方法副瓣结构可变的泰勒综合法旁瓣电平控制的综合法对比方向图逼近傅里叶变换综合法微扰法的应用本章小结工程中的阵列天线引言激励方式逐元法散射法本章小结结论致谢参考文献附录附录东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页英文原文中文译文附录部分仿真程序源代码东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论天线是种用于发射和接受电磁能量的设备。

在许多场合，由单个天线或称为单个辐射器就可以很好地完成发射和接受电磁能量的任务，如常用的各种线天线，面天线，反射面天线等，其本身就可以工作。

但这些天线形式旦选定，其辐射特性便是相对固定的，如波瓣指向波束宽度增益等，这就造成些特殊应用场合的局限性，如雷达天线般要求较强的方向性较高的增益很窄的波束宽度波束可以实现电扫描及其它些特殊指标，单个天线往往不能达到预定的要求，这时就需要多个天线联合起来工作，共同实现个预定的指标，这种组合造就了阵列天线。

若干个天线辐射器按照定的方式安排和激励，利用电磁波的干涉原理和叠加原理来产生特殊的辐射特性，这种多辐射器的结构就称为天线阵，构造成的阵列排列的多天线就可以看做事个的天线，称为阵列天线，构成阵列天线的单个辐射器就称为单元。

研究的背景和意义阵列天线综合算法的背景方向图综合问题最初的研究工作集中在由均匀分布，各向同性元构成的阵列天线上。

年，首先提出在均匀线阵的基础上实现切比雪夫方向图的综合方法，这方法解决了在主瓣宽度定的条件下，如何使旁瓣峰值电平最低的方向图综合问题。

也提出了各种具有均匀旁瓣的方向图综合方法。

但是上述方法的共同特点是只适用于均匀分布的各项同性阵元构成的阵列，而不能直接用于任意阵。

年和提出将自适应原理应用于阵列方向图综合中。

这种方法有很多通用性，可用于任意阵列，但该算法的收敛特性很大程度上取决于循环增益，值很难选取，只能适用试凑法来选取，另外该算法的精度也无法得到保证。

综合算法的意义近几十年来，阵列方向图的综合问题引起了人们的广泛关注，并且随着全球通信业务的迅猛发展，智能天线已经成为卫星通信和移动通信的研究热点。

天线通信系统般要求天线阵列方向图具有定主瓣宽度，特殊的主瓣形状和低的旁瓣电平等等。

因此需要根据这些指标用相关算法获得最佳的天线阵列阵元权系数，这种技术称为阵列方向图综合。

阵列方向图综合是指按规定的方向图要求，用种或者多种方法来进行天线系统的东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页设计，使系统产生的方向图与所要求的方向图良好逼近。

因此，方向图综合问题实际上是天线分析的反设计，即在给定方向图要求的条件下设计辐射源分布。

所要求的方向图随着应用的不同而有多种变化。

例如车载通信地空或者陆海搜索雷达所用的天线往往需要产生种扇形波束，即在方向图主瓣范围内扇形空间有均匀辐射，除此而外的空间应无辐射。

又如同步轨道中的通信卫星要求产生分离的双波束，个波束对准西部美洲，另个波束对准阿拉斯加，即要求两个主瓣，而主瓣区内要均匀辐射，照射地球的其他区域的旁瓣应尽量低以减少干扰，照射地球以外的其他区域则允许有较高的旁瓣。

天线阵列综合对于相控阵雷达同样具有重要意义，对于预警雷达而言，总是希望阵列方向图主波束尽量窄，旁瓣尽量低，这样就易于发现目标，降低干扰的影响。

国内外研究的现状阵列天线相关领域的应用非常多，下面介绍关于算法的研究成果和两种应用广泛的新型天线。

算法成果粒子群优化最早是由和等于年提出的。

最为种随机智能算法，有着收敛速度快运算简单易于实现的特点，但也存在易于发散容易陷入局部最优等缺点。

近年来，针对的缺点提出了雁群算法，它借鉴雁群的飞行特征，对标准提出两方面改进方面，将全局极值变换为按历史最优适应值排序后，其前面那个较优粒子的个体值保持了粒子的多样性，扩大了搜索范围另方面，使每个粒子利用更多其他粒子的有用信息，通过个体极值加权平均，加强粒子之间的合作与竞争。

遗传算法，又译为基因算法。

世纪年代末期到年代初期，美国大学的教授与其同事学生们研究形成了个较完整的理论和方法，从试图解释自然系统中生物的复杂适应过程入手，模拟进化的机制构造人工系统的模型。

教授于年出版了其开创性著作，该书详细阐述了遗传算法的理论，并为其奠定了数学基础，发展了整套模拟生物自适应系统的理论，他认为遗传算法本质上是自适应系统的算法，应用最多的是系统最优化研究。

东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页阵列天线应用相控阵通过改变阵列的馈电相位，从而移动整个阵列天线合成波束，相控阵由于具有控制灵活，天线结构和转动机械要求低波束扫描快和精度高等优势，尤其是随着电子技术的进步，使得基于半导体的控制电路成本越来越低致性越来越好，这种扫描方式已经逐渐占据了主导地位，目前不仅在高成本的雷达领域，甚至在传统上采用低成本直天线和机械扫描天线的通信领域，都已经或者即将广泛应用，成为了先进技术和高性能天线的象征。

自适应阵和智能阵对各个阵元接收的信号加以处理，就能使阵列变得积极，并对环境做出聪明的反应，操纵其波束指向想要的信号，而同时操纵其零点方向对着不想要的干扰信号，从而使所要信号的信噪比最大化此外，借助对各阵元馈端上信号的适当取样和数字化，并用计算机加以处理，从原理上讲能构成非常聪明或智能的天线阵。

本文的研究内容本文主要基于理想阵元即各项同性阵元，以线阵的阵因子为研究目标对其进行方向图分析和综合，并对典型线阵进行仿真，再对比由切比雪夫综合算法，泰勒综合算法等方向图，总结对比其主瓣副瓣特点，并展开讨论。

章节安排第章为绪论。

主要介绍阵列天线算法研究的背景和意义国内外算法的研究成果及其应用。

此外，还对本文研究内容和章节安排做简要的介绍。

第二章介绍了天线和阵列天线的相关知识。

例如天线性能参数的定义，方向性，增益，带宽，极化等又比如阵列天线实现的理论基础电磁波的干涉和叠加方向图综合和分析实现的基础的阵因子。

第三章通过基本直线阵列方向图的分析引出了其综合算法。

按阵列天线方向图定义的分析以及切比雪夫泰勒傅里叶变换微扰法的综合算法。

第四章为实际工程中的阵列天线计算方法。

如天线之间无可避免的互耦和相关推导介绍。

理论定要用于实际才能最好的检验和修正其正确性。

第五章为总结。

对全文进行回顾。

对本人在此次论文中的收获和遇到的问题总结，并对以后阵列天线综合算法研究提出些看法。

东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页天线和阵列天线引言天线是种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介通常是自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信广播电视雷达导航电子对抗遥感射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

而由若干天线排列在空间并相互连接，以产生个定向方向图，这种多个辐射元的结构称为天线阵，或简称阵。

可以将许多小天线用于个阵中，从而得到类似于大天线的性能。

天线阵提供了使主瓣点扫描的特有能力。

通过改变阵中每个单元天线的激励电流的相位，其辐射方向图可以在空间扫描。

天线的基本参数定义辐射方向图，围绕天线辐射的角向变化，包括定向的，单个或多个窄波束全向的在个面内均匀辐射主波束赋形方向性在距天线同距离上，方向图最大点的功率密度与平均功率密度之比增益被天线上的损耗减弱了的方向性极化当天线发射时，所发射的瞬间电场矢量随时间变化的轨迹图。

天线极化线极化圆极化椭圆极化。

阻抗天线终端的输入阻抗带宽重要性能参数合格的频率范围其中，描述辐射能量集中程度的参数是方向性系数和增益，它们是常用的重要参数，所以我们主要分析方向性系数和。

在辐射功率相同的情况下，在指定方向上阵列天线的辐射功率与全空间的平均功率辐射之比，定义为方向性增益。

东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页辐射密度其中为波印廷常量。

由可得和将带入得其中为立体角元，为媒质的特征阻抗。

因为全空间的平均功率与，无关，所以般将方向性增益最大值，即最大方向上的方向性则称为阵列的方向性系数，用字母表示，即其中，为辐射强度，指给定方向上单位立体角理的辐射功率，单位是每平方弧度或立体弧度的瓦数。

采用辐射强度的优点是它与距离无关。

辐射强度可以表