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《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》篇一一、引言随着移动通信技术的快速发展，用户对无线通信系统的性能和可靠性提出了更高的要求。
移动通信多频阵列天线是无线通信系统中至关重要的部分，它对系统性能和用户体验产生深远的影响。
因此，本论文旨在研究移动通信多频阵列天线的优化设计，以提高其性能和可靠性。
二、多频阵列天线设计1. 需求分析在设计多频阵列天线时，首先需要明确其应用场景和需求。
这些需求包括工作频率、增益、极化方式、波束宽度等。
针对不同的需求，设计出不同的阵列结构和天线单元。
2. 阵列结构选择多频阵列天线的阵列结构是影响其性能的关键因素。
常见的阵列结构包括线阵、面阵等。
选择适当的阵列结构，可以有效地提高天线的增益和波束指向性。
3. 天线单元设计天线单元是多频阵列天线的基本组成部分。
根据应用需求和阵列结构，设计出不同形状和尺寸的天线单元。
同时，要保证天线单元在多个频率上具有良好的性能。
三、阵列优化方法1. 遗传算法遗传算法是一种优化算法，通过模拟自然进化过程，对多频阵列天线的阵元位置、相位差等参数进行优化。
这种方法可以有效地提高天线的性能和可靠性。
2. 神经网络算法神经网络算法是一种机器学习方法，可以用于预测和优化多频阵列天线的性能。
通过训练神经网络模型，可以找到最优的阵列结构和参数组合，从而提高天线的性能。
四、实验与结果分析为了验证所设计的多频阵列天线的性能和优化效果，我们进行了实验测试和分析。
首先，我们设计了不同结构的天线单元和阵列结构，然后通过仿真和实测的方式对天线的性能进行了评估。
实验结果表明，经过优化的多频阵列天线在多个频率上具有较高的增益和良好的波束指向性。
同时，我们还对遗传算法和神经网络算法的优化效果进行了比较，发现这两种方法都可以有效地提高天线的性能和可靠性。
五、结论与展望本论文研究了移动通信多频阵列天线的优化设计，通过选择适当的阵列结构和天线单元，以及采用遗传算法和神经网络算法等优化方法，提高了天线的性能和可靠性。
■开课目的“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。
课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。
■课程要求●约有五次作业●考核平时成绩占20％。
包括平时作业，出勤情况。
期末考试成绩占80％(一页纸开卷)雷达阵列天线简介1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。
它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。
接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。
发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。
移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。
为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。
AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)目前该系统安装在导弹巡洋舰上导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。
其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。
和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。
孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。
它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。
爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)3、机载预警和控制系统(AW ACS)世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS 系统研制的。
阵列天线分析与综合-1阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。
天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。
天线的性能直接影响到无线电设备的使用。
现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。
阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。
如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。
平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。
在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。
例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。
天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。
对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。
在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。
在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。
随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。
等等。
综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。
阵列天线分析与综合复习第一章 直线阵列的分析1. 什么是阵列天线的分析？2. 什么是阵列天线的综合？3. 能导出均匀直线阵列的阵因子sin(/2)(),cos sin(/2)Nu S u u kd u βα==+ 当阵轴为x 轴、y 轴或z 轴时，cos β的表示分别是什么？阵因子与哪些因素有关？4. 均匀侧射阵与端射阵(1) 什么是均匀直线侧射阵和端射阵？它们的阵因子表示分别是什么?(2) 最大辐射方向与最大值(3) 抑制栅瓣条件(4) 零点位置(5) 主瓣零点宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(6) 半功率波瓣宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(7) 副瓣电平。
能证明均匀直线阵的副瓣电平SLL=-13.5dB 。
(8) 方向性系数。
■能证明不等幅、等间距直线阵的方向性系数公式(1.38)■当/2d λ=时，能证明得到式(2.26)■能导出均匀直线侧射阵和端射阵的阵因子公式2/D L λ=和4/D L λ=5. 能用Z 变换方法和直接相加法分析书上P17图1.14、图1.15、图1.17分布与P34习题1.10正弦分布的阵列。
即能根据P18表1.2的阵列函数简表导出阵因子，并能写出求和形式的阵因子和作适当的分析。
直线阵列能用Z 变化法分析的条件限制是什么？6. 谢昆诺夫单位圆辅助分析阵列(1) 能由阵列多项式的零点导出阵列激励分布，见P34习题1.13。
(2) 熟悉不同单元间距d 时，,cos ju w e u kd θα==+，w 在单位圆上的轨迹变化。
(3) 根据w 在单位圆上的轨迹变化，能说明阵列不出现栅瓣的条件。
(4) 单位圆上某点与各零点的距离的乘积含义是什么？(5) 能用单位圆分析一个简单直线阵列。
7. 不均匀阵列概念(1) 不等间距阵列(2) 幅度不均匀阵列(3) 相位不均匀阵列(4) 波束展宽方法(5) 相位和幅度误差分析模型8. 单脉冲阵列(激励幅度对称)(1) 和方向图■能根据阵列单元顺序排列写出阵因子方向图函数(单元数不分奇偶)。
阵列天线分析与综合复习第一章直线阵列的分析1.阵列天线的分析是指：在知道阵列的四个参数(单元总数，各单元的空间分 布，激烈幅度和激烈相位)的情况下确定阵列的辐射特性(方向图，方向性 系数，半功率波瓣宽度，副瓣电平等)阵列天线的综合是指：在已知阵列辐射特性的情况下，确定阵列的四个参数。
2.能导出均匀直线阵列的阵因子函数S(u)二sin(Nu /2)u = kd cos 1 川黑 sin (u/2)(1)平行振子直线阵，振子轴为z 轴方向，沿x 排列时，阵轴与射线之间的夹角为 cos 一：x 二 cos 「sin^ ；沿 y 轴排列时，cos = sin 「sinr 。
⑵共轴振子线阵，一般设阵轴为 z 轴，此时cos -二COST(3)什么是均匀直线式侧射阵(各单元等幅同相激烈，等间距最大指向-/2)■沿x 轴并排排列，振子轴为z 轴的半波振子直线阵，侧射时的最大指向为 y 轴方向■沿z 轴排列的共轴振子直线阵，侧射时的最大指向在 xy 平面上■并能导出激励幅度不均匀、间距不均匀、相位非均匀递变的直线阵阵因子 3. 均匀侧射阵和端射阵(1) 什么是均匀侧射阵和端射阵，他们的阵因子表示是什么？ (2) 最大辐射方向及最大值。
弘二NI 。
侧射°=0 盅=兀/2 (X«cosP m =—端射 kd P m = 0L .kd'⑷ 零点位置：cos ：on = cos : m 二 n ，/ Nd(6)半功率波瓣宽度端射阵：(BW)h=108. /Nd (o)=1.9「/Nd (rad)(3)抑制栅瓣条件: d :::(5)主瓣零点宽度:侧射阵 端射阵(BW)bo =2 , / Nd (BW)b 。
=2、2 / Nd侧射阵: (BW)h=51 ■ / Nd (o) =0.886 ■ / Nd (rad )⑺副瓣电平能证明均匀直线阵的副瓣电平 SLL 二-13.5dB 。
(8)方向性系数能证明不等幅，等间距直线阵的方向性系数式(1.38)，即N Jr' I n 2n=0 j(n_m)：.sin[( n - m)kd](n -m)kdN Ar I n )2D =—VI 2心(9)强方向性端射阵概念：在普通端射阵的均匀递变相位的基础上再附加一个均匀递变的滞后相位 S ,可以提高端射阵的方向性系数。
一．实验目的1. 了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2. 运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线3. 变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系二．实验原理1. 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。
阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。
2. 方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。
假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。
一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元阵列天线天线阵的方向图。
这就是方向图相乘原理。
一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。
这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
三．源程序及相应的仿真图1.方向图随 n 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;lamda=0. 03;d=lamda/4;n1=20;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z11=(n1/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n1*sin(z21) ) ; F1=abs(f1) ;figure(1) ;plot(sita, F1, ' b' ) ;hold on;n2=25;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z12=(n2/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n2*sin(z22) ) ; F2=abs(f2) ;plot(sita, F2, ' r' ) ;hold on;n3=30;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z13=(n3/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n3*sin(z23) ) ;F3=abs(f3) ;plot(sita, F3, ' k' )hold off;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' 方向图与阵列个数的关系' ) ;legend(' n=20' , ' n=25' , ' n=30' ) ;结果分析：随着阵列个数n的增加，方向图衰减越快，效果越好；2.方向图随 lamda 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;n=20;d=0. 0002;lamda1=0. 002;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda1;z11=(n/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n*sin(z21) ) ;F1=abs(f1) ; %·òíúfigure(1) ;lamda2=0. 003;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda2;z12=(n/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n*sin(z22) ) ;F2=abs(f2) ;lamda3=0. 004;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda3;z13=(n/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n*sin(z23) ) ;F3=abs(f3)plot(sita, F1, ' b' , sita, F2, ' r' , sita, F3, ' k' ) ;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' 方向图与波长的关系' ) ;legend(' lamda=0. 002' , ' lamda=0. 003' , ' lamda=0. 004' ) ;四．结果分析：随着波长lamda的增大，方向图衰减越慢，收敛性越不是很好；3.方向图随 d 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;n=20;lamda=0. 03;d1=0. 01;beta=2*pi*d1*sin(sita) /lamda;z11=(n/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n*sin(z21) ) ;F1=abs(f1) ; %·òíúfigure(1) ;plot(sita, F1, ' b' ) ;hold on;d2=0. 0075;beta=2*pi*d2*sin(sita) /lamda;z12=(n/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n*sin(z22) ) ;F2=abs(f2) ;plot(sita, F2, ' r' ) ;hold on;d3=0. 006;beta=2*pi*d3*sin(sita) /lamda;z13=(n/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n*sin(z23) ) ;F3=abs(f3)plot(sita, F3, ' k' )hold off;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' ·òí?ó?ìì?óáD? ?dμ?1μ' ) ;legend(' d1=0. 01' , ' d=0. 0075' , ' d=0. 006' ) ;结果分析；随着阵元之间间隔的增加，方向图衰减越快，主次瓣的差距越大，次瓣衰减越快，效果越好。
三角形栅格阵列天线方向图的快速计算与优化陈海燕;熊祥正;陈凯亚;廖成【摘要】According to the active element pattern theory,this paper proposes two methods for fast calculat-ing the time-domain radiation patterns of large arrays. With the methods,time-domain analysis problems of a large triangle-grid array are respectively converted into problems of a small linear array and a triangle-grid one. Meanwhile,the mutual couplingis considered and the computational cost is reduced greatly. The different size and layout of the small arrays in two methods leads to a great difference in precision and efficiency. Results show that the first method obtains a higher efficiency and the time cost is less than 4%of that simulated by the finite integral method. However,the second method achieves a better precision, whose results agree well with the simulation results and the maximum relative error is less than 6%, and computation time is less than 11% of the simulation time. Furthermore,combined with the second method, Taguchi algorithm is adopted for 85-element array energy patterns optimization,and the side lobe level is reduced while the beam width is limited. What’ s more,the optimization time is less thanhalf an hour, which verifies the validity of the method.%利用有源单元方向图法，提出分别采用小型直线阵和小型三角形栅格阵列外推计算大型三角形栅格阵列天线时域辐射场的两种等效方法，在考虑单元间互耦的同时极大地节约了计算时间。
阵列天线方向图及其MATLAB仿真一．实验目的1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2.运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系二．实验原理1.阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。
阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。
^2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。
假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。
一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元阵列天线天线阵的方向图。
这就是方向图相乘原理。
一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。
这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
三．源程序及相应的仿真图1.方向图随n变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;lamda=;]d=lamda/4;n1=20;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z11=(n1/2)*beta;z21=(1/2)*beta;f1=sin(z11)./(n1*sin(z21));F1=abs(f1);figure(1);plot(sita,F1,'b');hold on;n2=25;：beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z12=(n2/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n2*sin(z22));F2=abs(f2);plot(sita,F2,'r');hold on;n3=30;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z13=(n3/2)*beta;z23=(1/2)*beta;>f3=sin(z13)./(n3*sin(z23));F3=abs(f3);plot(sita,F3,'k')hold off;grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('方向图与阵列个数的关系'); legend('n=20','n=25','n=30');·结果分析：随着阵列个数n的增加，方向图衰减越快，效果越好；2.方向图随lamda变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;n=20;d=;lamda1=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda1;z11=(n/2)*beta;z21=(1/2)*beta;f1=sin(z11)./(n*sin(z21));~F1=abs(f1);%·½ÏòͼÇúÏßfigure(1);lamda2=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda2;z12=(n/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n*sin(z22));F2=abs(f2);lamda3=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda3;z13=(n/2)*beta;，z23=(1/2)*beta;f3=sin(z13)./(n*sin(z23));F3=abs(f3)plot(sita,F1,'b',sita,F2,'r',sita,F3,'k');grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('方向图与波长的关系');legend('lamda=','lamda=','lamda=');四．,随着波长lamda的增大，方向图衰减越慢，收敛性越五．结果分析：不是很好；3.方向图随d变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;n=20;lamda=;d1=;beta=2*pi*d1*sin(sita)/lamda;z11=(n/2)*beta;z21=(1/2)*beta;【f1=sin(z11)./(n*sin(z21));F1=abs(f1);%·½ÏòͼÇúÏßfigure(1);plot(sita,F1,'b');hold on;d2=;beta=2*pi*d2*sin(sita)/lamda;z12=(n/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n*sin(z22));F2=abs(f2);-plot(sita,F2,'r');hold on;d3=;beta=2*pi*d3*sin(sita)/lamda;z13=(n/2)*beta;z23=(1/2)*beta;f3=sin(z13)./(n*sin(z23));F3=abs(f3)plot(sita,F3,'k')hold off;grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('·½ÏòͼÓëÌìÏßÕóÁмä¸ôdµÄ¹Øϵ'); legend('d1=','d=','d=');结果分析；随着阵元之间间隔的增加，方向图衰减越快，主次瓣的差距越大，次瓣衰减越快，效果越好。
数字阵列机载预警雷达子阵优化研究摘要：在现代雷达系统中，通常含有几百乃至上万个阵元。
如果采用阵元级处理，系统开销过大，较难实现。
因此，几乎所有大型阵列雷达都采用子阵技术，如美国的GBR-P雷达、海基SBX雷达、GBR雷达、萨德系统中的AN/TPY-2雷达、宙斯盾系统中的AN/SPY-1雷达等。
子阵技术是联接阵列雷达天线与信号处理的桥梁。
子阵优化的研究既涉及天线设计的问题，也涉及阵列信号处理的问题。
子阵划分的优化设计直接影响波束形成、自适应抗干扰等信号处理的性能，数字阵列的发展和应用给雷达子阵划分带来了更多的灵活性。
关键词：数字阵列；子阵划分；空时自适应处理；改善因子；遗传算法；一、数字阵列雷达优势随着雷达接收机数字化程度的提高和先进数字信号处理技术的应用，一般认为DAR具有以下一些主要优点：1.降低对数字接收机动态范围要求。
对于采用模拟波束形成的雷达系统，波束形成网络会对干扰信号产生很大的增益，为了与之匹配，要求连接在模拟波束形成网络输出端的数字接收机具有很大的动态范围。
而对于DAR，每台数字接收机只是接在单元或子阵的输出端，因此可大大降低对其动态范围的要求。
2.可实现超低副瓣。
由于能够对阵列误差、各单元幅相不一致和互耦效应等进行精确校正，因此能够实现超低副瓣。
3.易于实现同时多功能。
一般来讲，雷达系统对于不同距离段上目标有不同的探测精度和数据率要求，因此信号处理机可根据不同距离段来分别设计相应检测方法，从而可同时满足对近程、中程和远程目标不同的探测需求，实现同时多功能。
4.易于实现软件化。
由于数字化程度不断提高和高性能通用硬件平台的应用，使得雷达的主要功能都可由软件编程实现。
可在无需更换硬件平台的情况下通过软件加载与升级来改变雷达的功能或提高雷达系统的探测能力。
5.提高强杂波背景中弱小目标检测能力。
同时多波束增加了波束驻留时间，因此可以通过长时间相参积累来改善多普勒滤波器，从而实现运动目标与杂波的有效分离。
![[转载]阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨（转载）](https://img.taocdn.com/s1/m/d68e3c10df80d4d8d15abe23482fb4daa58d1da1.png)
[转载]阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨（转载）原⽂地址：阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨(转载)作者：马墨林阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨摘要在天线的设计中，为增强天线的⽅向性、提⾼天线增益，经常⽤到天线阵列。
阵列天线的增益与排阵间距有关。
对于具有某⼀波束宽度的天线，给出了能使阵列天线获得最⼤增益的最佳间距。
在⼯程设计应⽤上，分析了⾼增益单元天线进⾏排阵时排阵间距选择问题。
关键词阵列天线排阵间距天线增益1 引⾔在天线的设计中，为增强天线的⽅向性、提⾼天线增益，经常⽤到天线阵列。
天线阵列的辐射特性取决于阵元的结构、数⽬、排列⽅式以及整个阵的电流幅度和相位分布等因素。
由天线阵理论可知，若单元天线的主瓣波束宽度较窄，为获得较⾼的排阵增益，则要求阵因⼦⽅向图的波瓣也较窄，即需要较⼤的排阵间距。
但是，对于主瓣较宽的天线来说，过⼤的间距反⽽会引起较⼤的副瓣，因此较⼩的间距是适当的。
对于⼀定波束宽度的单元天线，都有使其获得最⼤排阵增益的排阵间距。
该⽂定量计算了不同波束宽度单元天线的排阵间距与天线增益的关系，可以为天线排阵设计提供参考。
2 天线排阵增益最佳间距以半波振⼦天线等幅同相⼆元阵为例，进⾏定量计算。
对于半波振⼦天线，其单元⽅向图函数为：取不同的排阵间距，得出不同的天线阵列增益，从⽽得出半波振⼦天线⼆元阵增益与天线排阵间距的关系，绘制成曲线如图1所⽰。
从图中的结果可知，当排阵间距为0．95A时，该⼆元天线阵具有最⾼增益为5．41 dBi，其中排阵对增益的贡献为5．41―2．15=3．26 dB。
当排阵间距⼤于0．95 时，天线阵增益反⽽下降，增益与间距的曲线类似于阻尼振荡的形状，增益最终收敛在5．16 dBi。
从上述的分析可以得出，如只考虑天线增益，则0．95A的排阵间距为最佳间距。
当然，此时天线的副瓣会较⾼，天线的长度也会较⼤，在应⽤中要根据实际电⽓和结构指标要求，选择相应的排阵间距。
由于天线阵列⽅向图是天线单元与阵因⼦的乘积，因此对于不同波束宽度的单元天线，使天线阵列获得最⼤增益的排阵间距是不同的。
平面阵列天线结构轻量化设计分析及优化王伟;杨楠【摘要】本文以平面阵列天线为研究对象,利用有限元分析方法对3组不同截面梁属性的反射体进行静态分析,根据有限元结果初步确定了以组2建立初步模型.随后对组2的局部变形较大的位置进行结构优化,并对优化后的模型施加惯性力矩再进行有限元分析,最终获得了满足相关设计要求的面阵天线反射体.对天线的方位和俯仰传动链进行了校核,确定所设计的面阵反射体可以满足工程要求.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)016【总页数】5页(P107-110,115)【关键词】阵列天线;有限元;结构优化;惯性力矩【作者】王伟;杨楠【作者单位】西安铁路职业技术学院陕西西安710026;西安铁路职业技术学院陕西西安710026【正文语种】中文【中图分类】TN802随着天线通信知识和技术的迅速发展，以及国际上对天线的诸多研究方向的提出，都促使了新型天线的诞生，阵列天线[1]就是研究的新一种方向。
阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线，它不是简单的将天线排成我们熟悉的阵列样子，而是根据馈电电流、间距、电长度等不同参数来构成阵列，以获取最好的辐射方向性。
这就是阵列天线的优势所在，可以根据需要来调节辐射方向性。
由天线阵列所产生的辐射电磁场是所有组成该天线阵的各个单元辐射场的总和（矢量和），由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位相对独立，因此均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，而这些功能是单个天线无法实现的。
文中所研究的阵列天线是以某一工程为依据，其阵列天线的结构形式是由多个直线阵在一平面上的平面阵，该平面阵是由16个4×4单元构成。
由于该天线工作范围为VHF频段，其精度要求并不是很高，所以为了降低成本，该天线的传动系统采用单链传动。
单链传动与双链传动相比，单链传动负载力矩明显小于双链传动，为了使单链传动满足天线驱动要求，需对阵列天线反射体进行轻量化设计，并要求阵列天线反射体满足一定精度要求。
阵列天线波束赋形与约束优化
增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究
阵列天线波束的控制参数主要有激励幅度、相位以及天线拓扑结构，当阵列天线拓扑结构的设计完成后，求解满足设计波束要求的阵列天线激励，成了阵列天线波束赋形的首要问题。
通常激励的求解通过算法在激励解空间进行选优获得，例如遗传算法，粒子群优化算法，入侵优化杂草算法等。
为了提高副瓣抑制水平，将传统基于阵元天线方向图合成的波束赋形遗传算法转换为基于一组低副瓣波束线性加权叠加的波束合成机制，结合遗传算法波束权值求解，获得了较好副瓣抑制效果的余割平方赋形波束。
该文以一款16阵元X波段微带偶极子线性阵列天线为例，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 dBc 的副瓣抑制效果。
交叉极化及副瓣约束的任意阵列最优方向性综合
该文重新定义了阵列天线扫描波束的主极化和交叉极化方向，引入了主极化方向性系数的概念。
推导了无约束条件下最大方向性波束综合的解析解，并给出了具有副瓣、零陷和交叉极化约束条件下进行最大方向性波束综合的数值优化方法。
通过对平面阵列、柱面共形阵列以及锥形阵列综合的实例，验证了文中所提出的解析解及数值优化方法的有效性。
该方法可以针对任意阵列，在考虑单元耦合和平台效应情况下，对副瓣、零陷和交叉极化进行约束或无约束的条件下，均可以进行最优方向性波束综合。
图４（ａ）与（ｂ）分别给出了对应的主极化方向图和交叉极化方向图。
此时，最大副瓣电平为-12.2dB，而最大交叉极化电平为-19.5dB。
图5中对副瓣和交叉极化均做了优化约束到-22dB，其定义的方向性系数只下降1.45dB。
来源：雷达通信电子战。
