CN107045562A - 一种毫米波阵列天线设计方法及阵列天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种毫米波阵列天线设计方法和阵列天线装置，所述设计方法首先设计一个带馈电网络的阵列模型，同时把馈电网络的结构参数同阵元的馈电电流进行等效，从而在阵列综合时直接求得天线的结构参数；用天线阵列的辐射方向图代替阵因子方向图，通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，优化算法沿着目标函数的方向搜索阻抗变换器物理尺寸的最优解。本发明在阵列综合过程中考虑了互耦因素的影响，最终的结果不需要再进行耦合补偿，而且通过仿真的方式节约成本、简化了设计流程。采用联合仿真，避免了阵列天线设计优化过程中大量繁琐的工作，达到了天线的自动化设计。

Description

一种毫米波阵列天线设计方法及阵列天线装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种毫米波阵列天线设计方法及阵列天线装置。

背景技术

随着无线互联网的高速发展，微波频谱资源日益短缺，为了容纳更多用户，未来5G系统向着毫米波频段扩展。对频谱资源的利用接口，即天线，是无线通信系统的重要组成部分。当频谱资源向着毫米波频段扩展的同时，相应的也需要对毫米波频段的天线进行深入研究。与微波相比，毫米波波长短，同样的物理面积，毫米波天线的数目可以做到更多。毫米波天线为阵列天线，有如下的优势：阵列天线增益高，波束方向好控，不仅可用于自适应波束成形，亦可用于最优合并以及动态小区形成。因此，阵列天线是未来的技术趋势。

阵列天线存在着严重的阵元互耦现象，在阵列结束后需要对阵列天线进行耦合补偿。现有技术中，存在以下几种耦合补偿方法：基于理论分析的耦合补偿方法，这种方法计算复杂且不准确，往往需要通过实验或者仿真去获得阵元之间的耦合程度；基于数值的阵元综合方法，通常这种方法以阵因子方向图作为目标方向图，虽然阵因子方向图基本上能决定阵列天线的辐射特性，但是并不能体现阵元互耦对天线性能的影响，耦合效果不准确。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是不能有效解决阵列天线中阵元互耦现象，针对上述技术问题，提出了一种优化的阵元综合方法，以仿真软件得到的天线辐射方向图代替阵因子方向图作为目标方向图， 预先设计馈电网络，同时把馈电网络的结构参数同阵元的馈电电流进行等效从而直接求得天线的结构参数；通过目标函数的设计和优化仿真过程来控制阵列综合时算法优化的方向和速度，从而实现天线辐射方向图和优化算法的联合仿真，在阵列综合过程中考虑了互耦因素的影响，最终的结果不需要再进行耦合补偿，而且通过仿真的方式节约成本、简化了设计流程。

根据本发明的一个方面，提供了一种毫米波阵列天线设计方法，所述方法包括：通过软件仿真得到阵列天线的辐射方向图，并以所述辐射方向图为阵列天线模型目标方向图。

上述方案中，所述方法还包括如下步骤：设计带馈电网络的阵列天线模型。

上述方案中，所述方法进一步包括：将所述馈电网络的结构参数同所述阵列天线模型中阵元的馈电电流进行等效，从而求得阵列天线结构参数。

上述方案中，所述将所述馈电网络的结构参数同所述阵列天线模型中阵元的馈电电流进行等效。进一步为：用阻抗变换器的物理尺寸去等效每个阵元的激励电流幅度。

上述方案中，所述阵列天线模型中阵元采用插入式馈电。

上述方案中，所述方法进一步包括：对所述阵列天线结构参数的编解码。

上述方案中，所述编解码进一步为，编码过程为对结构参数进行二进制编码；解码过程为将二进制编码转换为十进制。

上述方案中，所述方法还包括：通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，通过优化仿真工具实现优化算法，以所述辐射方向图来计算适应度值，获得最优的目标值函数。

上述方案中，所述通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，所述目标函数如下：

其中

式中max(G(θ))方向图中最大旁瓣，SLL₀为副瓣电平要求。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种毫米波阵列天线装置，所述装置根据如上所述任一项技术方案进行设计和组装。

本发明具有的有益效果在于：

(1)阵列天线的自动化设计。本发明通过优化算法仿真工具编写脚本调用高频结构仿真软件，来优化阵列天线，实现了阵列天线的自动化优化设计。

(2)以阵列天线的辐射方向图代替传统的阵因子方向图。通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，优化算法沿着目标函数的方向搜索阻抗变换器物理尺寸的最优解。以高频结构仿真软件仿真得到的阵列天线的辐射方向图来计算适应度值，以获得最优的目标值函数。

附图说明

图1是本发明第一实施例的线性阵列的串馈网络图；

图2是本发明第一实施例的线阵的等效电路图；

图3是本发明第一实施例的插入式馈电微带天线的示意图；

图4是本发明第一实施例的阵元的S参数曲线图；

图5是本发明第一实施例的阵元的输入阻抗曲线图；

图6是本发明第一实施例的阵元的3D方向图；

图7是本发明第一实施例的阵列综合时需编码的参数图；

图8是本发明第一实施例的阵列参数的编码过程图；

图9是本发明第一实施例的阵列参数的解码过程图；

图10是本发明第一实施例的8元线阵的输入阻抗曲线图；

图11是本发明第一实施例的8元线阵的E、H面辐射方向图；

图12是本发明第一实施例的8元线阵的3D远场辐射图；

图13是本发明第一实施例的两种阵列天线的H面方向图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的、技术方案及其效果，现结合实施例对本发明做进一步详细阐述。

本发明针对现有技术中的互耦补偿问题，提出了一种优化的阵元综合方法。基于数值方法的阵元综合方法，由于在天线阵列的设计过程中没有考虑阵列天线间存在的阵元耦合现象，因此需要在求解馈电电流以后，还需要对天线进行耦合补偿。本发明实施例在阵列综合前，先设计一个带馈电网络的阵列模型，同时把馈电网络的结构参数同阵元的馈电电流进行等效，如通过馈电网络中阻抗变换器的物理尺寸来等效激励电流的幅度大小，从而在阵列综合时直接求得天线的结构参数。如此，在阵列综合中就可以实现用天线阵列的辐射方向图代替阵因子方向图，阵元间耦合和馈电网络中波的反射效应就包含在了阵列综合的过程之中。通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，优化算法沿着目标函数的方向搜索阻抗变换器物理尺寸的最优解。天线的辐射方向图可以通过电磁仿真软件得到，以高频结构仿真软件仿真得到的天线辐射方向图来计算适应度值，以获得最优的目标值函数。本发明在阵列综合过程中考虑了互耦因素的影响，最终的结果不需要再进行耦合补偿，而且通过仿真的方式节约成本、简化了设计流程。

第一实施例

本实施例提供了一种毫米波阵列天线设计方法，通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，优化算法沿着目标函数的方向搜索阻抗变换器物理尺寸的最优解。以高频结构仿真软件仿真得到的天线辐射方向图来计算适应度值，以获得最优的目标值函数。具体的，本实施例的毫米波阵列天线设计方法，包括如下步骤：

步骤S101，设计阵元及馈电网络，得到阵列天线模型的结构参数。

优选的，本步骤中的阵元采用插入式馈电。插入式馈电方式是指在馈线与贴片辐射边的接触处开槽来调节阻抗匹配。具体原理就是通过调节微带馈线插入贴片的深浅以及槽的宽度来控制天线的输入阻 抗，实现天线与馈线的匹配。微带串联馈电阵的实现形式如图1示，可以将每个天线阵元看作为一个并联导纳。

本实施例用阻抗变换器的物理尺寸去等效每个阵元的激励电流幅度，所以要对电路进行分析，确定这种等效关系以及对阵列综合产生影响的结构部件。优选的，在阵元设计的基础上，整个馈电阵列这时相当于一个四端口网络，分析得到线性阵列天线的等效电路图如图2所示。由于这里的线阵为对称结构，所以等效电路图只需给出一侧就可以知道整个电路的特性。微带串联馈电阵可以将每个天线阵元看作为一个并联导纳，整个馈电阵这时相当于一个四端口网络，分析得到线性阵列天线的等效电路图。由于线阵为对称结构，所以等效电路图只需给出一侧就可以知道整个电路的特性。

将所述馈电网络的结构参数同所述阵列天线模型中阵元的馈电电流进行等效，从而求得阵列天线结构参数。

具体的，在线阵的等效电路图中，每个天线阵元以等效导纳Y₀来表示，第i个单元的分配电流为I_i。阵元间距为等间距，表示为d。该天线的等效波长表示为λ_g，阻抗变换器Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别表示的是四个阻抗变换器的特性阻抗，它们的长度都为1/4λ_g。Z₀为主传输线的特性阻抗，它的长度为d-1/4λ_g。从端口i的左端向向阵列右端看，输入的等效导纳表示为Y_i'，向左侧并联第i-1个阵元后，该处的等效导纳变为Y_i。以4单元的阵列天线为例，根据阻抗串并变换原理和1/4波长阻抗变换器的工作原理进行分析，令且由阻抗变换可知，可得：

Y₃＝Y₀+Y′₄

...

Y₁＝Y₀(1+k₂ ²+k₂ ²k₃ ²+k₂ ²k₃ ²k₄ ²)

由上式可知，等效网络的每一节的输入导纳可表示为：

Y_i＝Y₀+k_i+1 ²Y_i+1

Y_in＝Y₀(1+k₁ ²+k₁ ²k₂ ²+k₁ ²k₂ ²k₃ ²...k_i ²)

由以上公式可知，在馈电网络中，阵元的激励电流受控于1/4波长阻抗变换器的特性阻抗。对问题进行定量分析，这里把第一个阵元的激励电流归一化I₁＝1，可得：

I₁＝Y₀V＝1

I₂＝k₂Y₀V＝k₂

I₃＝k₃k₂Y₀V＝k₃k₂

...

I_i＝k_ik_i-1...k₂Y₀V＝k_ik_i-1...k₂

以1×8对称馈电的线性阵列为例，主馈线位于阵列中间，只需知晓一侧的电流分配情况就可以得到整个阵列的电流分配。由上式可以得到1/4波长阻抗变换器的特性阻抗与阵元激励电流之间的关系为：

传统的阵列天线设计方法是在天线综合后根据得到的阵元激励电流，根据阵元激励电流和阻抗变换器特性阻抗的关系，去计算阻抗变换器的特性阻抗。微带线的宽度可以通过一些微带线阻抗计算工具计算，如Txline。但是本发明提出的天线设计方法可以省略该步骤，直接 获得所需的阵列天线结构参数，大大简化了天线上的设计流程。

步骤S102，对所述阵列天线结构参数的编解码。

本实施例把每个阵元的激励电流同馈电网络的结构参数等效起来，控制馈电网络的物理尺寸就可以控制每个阵元的电流分配。因此，在使用优化算法进行阵列综合时，需要对这些结构尺寸参数进行编解码，以便于在优化算法中进行优化。优选的，可以对结构参数进行二进制编码，解码的过程就是二进制转换为十进制的过程，就是编码过程的逆操作。

步骤S103，通过软件仿真得到阵列天线的辐射方向图，并以所述辐射方向图为阵列天线模型目标方向图。

优选的，本步骤中采用高频模拟软件(High Frequency Simulation Software，HFSS)仿真得到阵列天线的辐射方向图，以代替阵列综合法中所用的阵因子方向图。

步骤S104，通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，通过优化仿真工具实现优化算法，以所述辐射方向图来计算适应度值，获得最优的目标值函数。

具体的，当采用辐射方向图代替阵因子方向图为阵列天线模型目标方向图时，需要对辐射方向图进行归一化，从而进一步设计目标函数。由此，所述通过阵列天线的设计指标来设计目标函数如下：

其中

式中max(G(θ))方向图中最大旁瓣，SLL₀为副瓣电平要求，每一旁瓣的最大值都不能超过该值。

优选的，所述优化算法工具可以为基于MATLAB的仿真，通过MATLAB实现基于遗传算法阵列综合的主程序。

下面以一个1×8的微带贴片式阵列天线设计过程为例，对上述所述 毫米波天线阵列设计方法作详细说明。需要说阵列设计方法的实现。

这里，目标方向图为3dB，波瓣宽度为10°，最大旁瓣值为-20dB。

在步骤S101中，设计阵元及馈电网络，得到阵列天线模型的结构参数。这里选用介电常数为2.2的RO5800材料，阵列单元的馈电方式为插入式馈电，如图2所示。

根据经验公式可求得天线的长尺寸为：W＝4.2mm,L＝3.3mm。主传输线的特性阻抗设计成100Ω。根据经验公式求得的参数在HFSS中进行建模仿真，结果发现天线的中心频率并没有落在28GHz，使用程序的参数优化功能得到最终的天线结构参数尺寸为：W＝4.4mm，L＝3.36mm，q＝2.36mm，d＝0.7mm，c＝0.1mm，如图3所示的插入式馈电微带天线。其中，w为插入式馈电微带天线的辐射边宽度，L为插入式馈电微带天线的非辐射边宽度，q为插入式馈电微带天线的馈线宽度，d为插入式馈电微带天线的馈线的插入深度，c为插入式馈电微带天线的馈电间隙宽度。以上述结构参数为根据，设计贴片。所述贴片的S₁₁参数如图4所示，天线的-10dB以下的频率范围为27.5～28.4GHz，中心频率为28GHz，所以阻抗带宽为0.9GHz。阵元天线的输入阻抗曲线如图5示，在28GHz处，天线的输入阻抗的实部约为99.6，虚部为-1.4，而在馈电网络中馈线的特性阻抗为100Ω，与天线的输入阻抗相差很小，可见天线的匹配良好，良好的阻抗匹配能减少波在天线中的反射，提升辐射效率。在阵列天线中阵元的阻抗失配会在馈电网络中逐级的进行传递，阵元中微小的失配传递到阵列输入端时都可能放大很多，造成阵列天线的失配和性能下降。天线在28GHz处的3D方向图如图6所示，天线的主辐射方向为z方向，最大增益为8.1dB。贴片天线的辐射增益为6～8dB，阵元的辐射增益偏大于一般的贴片天线，这跟介质基底的材料选择有关系。这里选用的介质基板的型号为R05800，介电常数为2.2。由于介电常数小，所以设计出的贴片尺寸相对来说就会大，天线的辐射面积就大，贴片天线的增益就好。但是在阵列天线该类型阵元组的阵列天线性能就不见得性能比介电常数大的阵天线性能好，因为尺寸大会增大阵元间的互耦。

在步骤102中，对所述阵列天线的结构参数的编解码。

具体的，采用遗传算法进行阵列综合，首先要对优化的变量参数进行编码，本发明采用二进制编码。需要编码的参数有三种：线阵的阵元间距、1/4波长阻抗变换段的宽度、最外侧阻抗变换段的位置，如图7所示。

如图7所示，阵列需要进行编码的参量有7个，其中有Trans0～Trans4这5个1/4波长阻抗变换段的宽度增量ΔW₀～ΔW₄，阵元间距增量ΔL₀，最外侧阻抗变换段的位置增量ΔL₁。编码过程如图8所示。把W₀～W₄的值均设为0.3mm。这里设计的阵列天线为侧射阵，为了抑制线阵的栅瓣，阵元间距要小于λ，同时考虑到线阵的中心处有两个1/4波长阻抗变换段，阵元间距要大于λ/2，所以阵元间距的取值范围为3λ/4～λ，故L₀的为值为3λ/4，ΔL₀≤λ/4。28GHz毫米波的波长约为10.7mm，故L₀＝8.03mm，ΔL₀≤2.68mm。天线的加工精度一般为0.01mm，仿真中参数大于该精度没有任何意义，因为2^-7≤0.01≤2^-6，故小数点后七位二进制数就可以满足精度要求。外侧阻抗变化段的位置所阵元间距的影响，它对阵列的作用不是很大，但仍然把它放进了遗传算法中进行优化，ΔL₁的最大值取决于下式：

maxΔL₁＝L₀+ΔL₀-λ_g-L₁

从上式可以看出，在每次仿真时，ΔL₁的最大值是一个变值，当编码ΔL₁的二进制串的数目确定时，所能表示的值也是一个定值，它的范围可能会大于或者小于maxΔL₁，模型仿真时就会出错，所以这里对ΔL₁进行放缩处理，它的值为：

令L₁的值为0.3mm，上式分母值是由maxΔL₁的最大值8确定的，所以需要9位二进制码才能满足需求，其中三位表示整数部分，其余六位表示小数部分。这几个参数的初值、增量的取值范围以及编码所需二进制位数，在表1中给出。

解码过程如图9所示，就是二进制转换为十进制的过程，为编码 过程的逆操作，注意ΔL₁的值受其它值的影响，在解码时，它要放在最后。

在步骤S103中，通过软件仿真得到阵列天线的辐射方向图，本实施例具体采用HFSS仿真得到的天线(远场)辐射方向图代替阵因子方向图。

前面介绍的阵列综合所用的方向图即是阵因子方向图，用远场方向图代替它时需要对远场方向图进行归一化。

对于步骤S104，即通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，通过优化仿真工具实现优化算法，以所述辐射方向图来计算适应度值，获得最优的目标值函数，具体为：

在辐射方向图中设计目标函数为：

其中

式中max(G(θ)方向图中最大旁瓣，SLL₀为副瓣电平要求，每一旁瓣的最大值都不能超过最大旁瓣。其中k₁＝0.8，k₂＝0.3，n＝8。在上式中，目标值越小阵列性能越佳，而遗传算法所采用适应度值却是越大越好。可以把目标函数变换成相应的适应度函数：

需要说明的是，在步骤S103的HFSS仿真和步骤S104的MATLAB仿真中，优选的，均通过遗传算法实现仿真过程。具体的，遗传算法包括：

1)初始化

采用遗传算法进行阵列综合，首先要对优化的变量参数进行编码。这里采用的是二进制编码。需要优化的变量参数的初值、增量的取值范围以及编码所需的二进制位数如表1所示。同时种群规模(种群规 模为一个种群中个体的数目)设为100，迭代次数为30次。

表1仿真参量的初值和变量范围

结构参数	初值(mm)	增量	位数(bit)	范围(mm)
					W0	0.23	ΔW0	7	0～1
W1	0.23	ΔW1	7	0～1
					W2	0.23	ΔW2	7	0～1
W3	0.23	ΔW3	7	0～1
					W4	0.23	ΔW4	7	0～1
L0	8.03	ΔL0	9	0～2.68
					L1	0.3	ΔL1	9	0～8

2)计算适应度

适应度是决定进化的动力，衡量个体优劣的标志。这里天线通过HFSS仿真后，仿真结果返回给适应度函数进行计算。

3)复制

遗传算法通过复制，将优良个体遗传到下一代。这里选择优良个体的方法为轮盘法，并兼用了精英原则，即最优的个体必然会遗传给下一代。轮盘法的核心就是说个体被选中的概率取决于个体的相对适应度：

p_i＝f_i/∑f_i

其中，p_i为个体i被选中的概率，f_i为个体i的适应度，∑f_i为群体的累加适应度。

群体中被复制的个体数目，用的是期望值法。这里复制概率为p_r：

式中N为群体中个体的数目，m为群体中被复制的个体数目，p_r这里为0.2。

4)交换

遗传算法中，交换是新个体出现的最主要手段。被交换的个体从复制后的新群体中随机选择。选择的方法也是轮盘法。控制交换个体 数目N_c的参数是交换概率p_c，即：

N_c＝p_c*N

N为群体中个体数目，p_c为交换概率，这里取值为0.8。交换点的选择是随机的。

5)突变

突变是遗传算法产生新个体的另一个方法。突变是针对字符进行的，突变概率也是针对字符而言，即：

式中K为每代中突变的字符数目，L为染色体大小，也即个体中字符的数目。这里p_m的取值为0.02。

6)遗传算法优化程序的设计实现

HFSS有功能强大的宏命令，十分方便天线的自动化设计，通过编写VB脚本来控制和调整天线，如天线的结构参数、边界条件、仿真要求等。

遗传算法在程序中主要是进行最优解的全局搜索，决定优化的方向，通过编写的脚本调用HFSS，并获得返回的仿真结果来获得适应度值。

遗传算法的优化算法分为如下几个部分：

Ru_hfss.m遗传算法主程序，设置遗传算法的一些参量，如：染色体大小、种群规模、迭代次数，初始化种群后，将开槽信息传递给Hfss_antenna.m，同时每个天线个体都会调用适应度函数，根据返回的适应度值实现遗传算法的选择、交叉、变异。仿真结果见图10。从图10可以看出，阵列天线的输入阻抗为97.7-j*5.4Ω，阵列天线的匹配情况并不是很好，这主要是阵元失配逐级传递过来的，进而影响了天线的反射参数。

Fitness.m适应度函数，根据主程序传递的天线参数，调用Hfss_antenna.m进行天线建模仿真，并将仿真得到的S11参数返回到matlab，在matlab中映射为相应的适应度值。仿真结果见图11。

Hfss_antenna.m天线仿真程序，设置了天线的一些基本参数，通过该文件可以产生VBscript脚本，HFSS通过该脚本执行命令，实现天线的仿真。仿真结果见图12。

从图11可以看到天线的E、H面方向图，图12显示的是天线的3D辐射图。E面为当时的xz平面，H面为当时的yz面。图中可知阵列天线的最大增益为15.9dB，3dB波束宽度约为11°,在H面中的第一副瓣电平为-20.1dB，该阵列天线最大程度抑制了旁瓣、并形成了窄波束、高增益的方向图。

HfssExecuteScript.m HFSS脚本的执行函数，调用HFSS仿真软件。仿真结果见图13。从图13可以看到阵列的辐射方向图和阵因子方向图在H面上的比较，在图中可以看到传统遗传算法得到的阵列天线增益为15.5dB，3dB波束宽度约为10°，最大旁瓣电平为-16dB，天线的增益大概提高0.4dB，最大旁瓣值降低了约4dB，代价为波束宽度增加了1°。但是以阵列天线的辐射方向图去作为阵列综合的方向图存在着计算复杂的问题，可以依靠电磁仿真软件得到，同时把馈电网络涵括到阵列综合的过程。把天线馈电网络的结构参数同每个阵元的激励电流等效起来。采用优化算法，根据阵列天线的设计指标得到目标函数来全局搜索，最后得到天线的结构参数。

综合以上，本实施例所提供的毫米波阵列天线设计方法，先设计一个带馈电网络的阵列模型，同时把馈电网络的结构参数同阵元的馈电电流进行等效，如通过馈电网络中阻抗变换器的物理尺寸来等效激励电流的幅度大小，从而在阵列综合时直接求得天线的结构参数。如此，在阵列综合中就可以实现用天线阵列的辐射方向图代替阵因子方向图，阵元间耦合和馈电网络中波的反射效应就包含在了阵列综合的过程之中。通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，优化算法沿着目标函数的方向搜索阻抗变换器物理尺寸的最优解。天线的辐射方向图可以通过电磁仿真软件得到，以高频结构仿真软件仿真得到的天线辐射方向图来计算适应度值，以获得最优的目标值函数。本发明在阵列综合过程中考虑了互耦因素的影响，最终的结果不需要再进行耦合 补偿，而且通过仿真的方式节约成本、简化了设计流程。

第二实施例

本实施例提供了一种毫米波阵列天线装置，所述装置根据第一实施例的步骤进行设计和组装，从而得到一种不需要再进行耦合补偿的毫米波阵列天线，节约成本、简化了设计流程。

所述毫米波阵列天线装置至少包括毫米波阵列天线和馈电网络，其中，所述毫米波阵列天线由若干阵元天线组成，所述馈电网络的结构参数与阵元天线的馈电电流是等效的，从而可以通过调整馈电网络阻抗变化器物理尺寸来实现对每个阵元天线的电流分配，使毫米波阵列天线装置具备理想的天线方向图。

本实施例所述毫米波阵列天线装置，采用matlab与HFSS联合仿真来实现，避免了阵列天线设计优化过程中大量繁琐的工作，达到了天线的自动化设计。

上面结合实施例对本发明做了进一步地叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种毫米波阵列天线设计方法，其特征在于，所述方法包括：通过软件仿真得到阵列天线的辐射方向图，并以所述辐射方向图为阵列天线模型目标方向图。

2.根据权利要求1所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：设计带馈电网络的阵列天线模型。

3.根据权利要求2所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述馈电网络的结构参数同所述阵列天线模型中阵元的馈电电流进行等效，从而求得阵列天线结构参数。

4.根据权利要求3所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述将所述馈电网络的结构参数同所述阵列天线模型中阵元的馈电电流进行等效。进一步为：用阻抗变换器的物理尺寸去等效每个阵元的激励电流幅度。

5.根据权利要求3所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述阵列天线模型中阵元采用插入式馈电。

6.根据权利要求1所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述方法进一步包括：对所述阵列天线结构参数的编解码。

7.根据权利要求6所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述编解码进一步为，编码过程为对结构参数进行二进制编码；解码过程为将二进制编码转换为十进制。

8.根据权利要求1所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述方法还包括：通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，通过优化仿真工具实现优化算法，以所述辐射方向图来计算适应度值，获得最优的目标值函数。

9.根据权利要求8所述的阵列天线设计方法，其特征在于，所述通过阵列天线的设计指标来设计目标函数，所述目标函数如下：

其中

式中max(G(θ))方向图中最大旁瓣，SLL₀为副瓣电平要求。

10.一种毫米波阵列天线装置，所述装置根据如权利要求1至9中的任一项进行设计和组装。