CN114709616B - 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法 - Google Patents

基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114709616B
CN114709616B CN202210386043.2A CN202210386043A CN114709616B CN 114709616 B CN114709616 B CN 114709616B CN 202210386043 A CN202210386043 A CN 202210386043A CN 114709616 B CN114709616 B CN 114709616B
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
amplitude
ultra
full
antenna array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210386043.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114709616A (zh
Inventor
杨锋
杨仕文
王炳均
张泽
姜海玲
郭子放
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202210386043.2A priority Critical patent/CN114709616B/zh
Publication of CN114709616A publication Critical patent/CN114709616A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114709616B publication Critical patent/CN114709616B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/27—Design optimisation, verification or simulation using machine learning, e.g. artificial intelligence, neural networks, support vector machines [SVM] or training a model
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD

Abstract

本发明公开了一种基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法。该方法首先通过全波仿真得到超宽带强耦合天线阵端口散射参数和有源单元增益方向图；然后计算出工作频带内全孔径阵元有源反射系数和阵列可实现增益，并建立以最大化工作频带内阵列可实现增益为优化目标，以全孔径单元有源反射系数满足小于给定数值为约束条件的优化问题；最后通过迭代的方式把该问题转化为迭代凸优化问题，并使用凸优化算法求解出阵元的幅度和相位激励。该方法充分利用了影响有限大阵边缘效应的幅相激励这一组设计自由度，在天线结构确定之后，通过后端算法优化实现阵列边缘效应的有效抑制，为超宽带强耦合有限大天线阵边缘效应抑制提供了有效的解决方案。

Description

基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法
技术领域
本发明属于超宽带相控阵天线领域，涉及到全孔径超宽带强耦合天线阵边缘效应的抑制方法。具体是指通过精心设计超宽带强耦合天线阵单元馈电幅度和相位，在满足全孔径超宽带有源驻波要求的条件下，同时实现全孔径超宽带天线阵可实现增益的最大化，抑制边缘效应对有源驻波和增益方向图的恶化。
背景技术
多功能一体化是未来无线电子系统的发展趋势，这就要求系统中的相控阵天线具备超宽带、超宽角、低剖面、高增益、以及易共形等工作性能。传统相控阵天线主要包括微带相控阵天线、缝隙相控阵天线、以及Vivaldi相控阵天线，前面两种带宽较窄，难以适用于多功能一体化无线电子系统。后面一种虽然具有超宽带特性，但是其剖面极高，难以与载体平台进行共形化设计。强耦合天线阵由于同时具有超宽带和低剖面工作特性，是目前宽带相控阵天线的研究热点和前沿技术。
强耦合天线阵的超宽带特性从根本上讲是通过故意增强单元之间的电容耦合而获得的，从物理结构上看即缩小单元尺寸和单元间距。将单元之间产生的较强的电容耦合与反射地板带来的电感效应进行中和，实现端口有源阻抗特性随频率缓慢变化的特征，因而通过简单设计天线结构尺寸和匹配馈电巴伦就能实现宽带甚至超宽带的匹配特性。另一方面，强耦合天线阵通常的设计方法是先设计无限大周期环境下超宽带天线单元，然后按照此单元和设定的单元间距进行有限大阵组阵设计。由于强耦合天线阵单元的宽带特性需要充分利用周围其他单元提供的耦合进行维持。因此，对于有限大阵列来讲，除中间部分单元具有与无限大周期环境下单元相类似的匹配性能和有源驻波特性之外，其他部分单元，特别是最外围一圈天线单元不再具备无限大周期单元所处的阵列环境，强烈的边缘截断效应必然会导致该部分天线单元有源驻波在某些频段内出现严重恶化。此外，边缘截断效应导致表面波向阵列中心反射，还会导致中心部分单元有源驻波出现不同程度的恶化，从而导致天线阵全孔径超宽带匹配特性恶化，馈入的能量直接在端口处出现大量反射，使得阵列可实现增益出现下降，减小了阵列的口径效率。
为了减缓有限大强耦合天线阵边缘效应对阵列辐射性能的影响，研究者们提出了多种设计方法。在专利号为CN105846081的发明专利中，发明人设计了一款双极化一维强耦合超宽带宽角扫描相控阵天线，为了尽可能模拟单元所处的周期环境，非组阵方向的两个单元通过威尔金森功分器组成一个天线单元，垂直极化的边沿单元向地板垂直延伸并与地板电连接，引导表面波不会直接向阵列中心反射，一定程度上改善了阵列边缘效应。但这种设计方法仅能改善部分单元在部分频点的阻抗匹配性能，难以实现超宽带全孔径单元的良好阻抗匹配。在专利号为CN112216980的发明专利中，发明人设计了一款全孔径1×8单元全孔径强耦合天线阵。阵列两边缘端口的偶极子采用延长型偶极子单元，降低了该阵列在低频段的有源驻波。同时，在阵列的边缘加入了垂直金属壁取代了传统的接匹配电阻的哑元，且又作为宽角阻抗匹配层的支撑，该天线在1GHz～4GHz的工作频段范围内且不扫描时(法向辐射)，全端口单元有源驻波基本都小于3，实现了良好的匹配和边缘效应抑制效果。但是，该方法适用的带宽相对较窄，且对于天线阵扫描情形，端口有源驻波会出现不同程度恶化。仔细分析可以发现，上述改善边缘效应的方法都是基于天线阵结构的变化及相应参数的优化而开展的。实际上，根据多端口微波网络理论，端口的匹配性能是由端口无源散射参数和端口激励共同确定的。上述改变阵列结构的方法正是从改善端口无源散射参数这一设计自由度的角度进行的。由于强耦合天线本身结构较为复杂，且要求的工作带宽较宽。因此，该设计自由度越来越难满足系统对超宽带全孔径阵列单元阻抗匹配和增益性能的要求，边缘效应抑制效果较为有限。
同样，研究们从端口幅相激励这一设计自由度出发，探究了强耦合天线阵边缘效应改善方法。文献《Characteristic Excitation Taper for Ultrawideband TightlyCoupled Antenna Arrays》中提出对仿真或测试得到的有源阻抗矩阵进行特征模分解，在模式显著性高的特定频点对应的特征模式电流激励下，有限大阵全单元均具有理想的匹配性能，但是该方法只在较窄的频段范围内能够改善端口阻抗匹配特性，特征电流激励并未考虑对增益方向图的影响，且激励相位的设计自由度没有加以考虑。文献《A PlanarUltrawideband Wide-Angle Scanning Array Loaded With Polarization-SensitiveFrequency-Selective Surface Structure》中基于特征模式电流改善阻抗匹配的思想，直接采用锥形幅度激励，一定程度上改善了中心单元超宽带内阻抗匹配特性。然而，该方法并不能对超宽带全孔径天线单元阻抗匹配进行改善，未统一考虑超宽带全孔径单元的阻抗匹配特性和阵列增益方向图，同样只用了激励幅度这一设计自由度，因而对超宽带全孔径单元有源驻波的改善能力十分有限。
发明内容
鉴于上述技术背景，本发明提出了一种基于幅相调控的超宽带全孔径强耦合天线阵边缘效应抑制方法。该方法充分利用与端口阻抗匹配(或有源驻波)密切相关的幅相激励设计自由度，联合考虑超宽带全孔径强耦合阵列单元有源反射系数和阵列可实现增益，通过对阵列单元端口幅度和相位激励的优化，在0.2GHz～2GHz工作频段范围内、波束正负扫描45度的条件下，实现有源驻波均小于3.5的强耦合相控平面阵列天线，极大改善了边缘效应对天线辐射性能的影响。
本发明的详细技术方案为：首先按照强耦合天线阵先无限大单元再有限大组阵的设计思想，设计工作于期望频段内(本发明实施案例中强耦合天线阵期望工作频段为0.2GHz～2GHz)的强耦合天线阵单元和有限大阵列。在设计时可预先采用部分简单的边缘效应抑制措施，如加载哑元、延长末端偶极子臂。然后利用全波仿真或加工的天线阵样机实物测试，得到全孔径阵列单元端口散射参数和有源单元增益方向图。根据电磁矢量叠加原理，计算出工作频带内全孔径阵列单元有源反射系数和阵列可实现增益方向图。最后，根据端口幅相激励与有源反射系数和阵列可实现增益的定量关系，建立以最大化工作频带内阵列可实现增益为优化目标，以全孔径阵列单元有源反射系数满足小于给定数值为约束条件的非凸高维优化问题，并设计高效的优化算法求解出能够有效抑制边缘效应影响的最佳幅相激励。
假设结构设计好的超宽带强耦合平面天线阵水平极化(或垂直极化)阵元数目为P×Q＝N，工作频段为f∈[fl,fh])，fl和fh分别表示工作频段内最低和最高工作频率，且频率按照间隔Δf均匀离散取样，即fi＝fl+(i-1)Δf，总的离散频点数为F。仿真或测试得到的频点fi处端口散射矩阵记为S(fi)，第n个天线单元在频点fi处有源单元增益方向图记为
Figure BDA0003595016230000031
根据微波网络理论和电磁矢量叠加原理，该天线阵增益方向图、第n个天线端口有源反射系数以及第n个天线端口有源驻波可以分别表示为：
Figure BDA0003595016230000041
Figure BDA0003595016230000042
Figure BDA0003595016230000043
其中，Sn,m(fi)表示强耦合天线阵第m个单元与第n个单元在工作频点fi处的耦合系数，是散射参数矩阵S(fi)的(m,n)个元素。
Figure BDA0003595016230000044
表示求坐标系下的俯仰角和方位角。
Figure BDA0003595016230000045
表示期望的波束扫描角度。Im(fi)和
Figure BDA0003595016230000046
分别表示天线阵第m个天线端口在频点fi处的幅度和相位激励。为了便于描述，(1)～(2)式子可以写成如下的矩阵形式：
Figure BDA0003595016230000047
Figure BDA0003595016230000048
其中，
Figure BDA0003595016230000049
表示由天线阵在工作频点fi处的激励相位构成的向量。I(fi)＝[I1(fi),I2(f),…,IN(fi)]T表示由天线阵在工作频点fi处的激励幅度构成的向量。w(fi)表示天线阵在工作频点fi处的复激励向量。
Figure BDA00035950162300000410
表示由工作频点fi处有源单元增益方向图构成的阵列流型矩阵。Sn(fi)表示由散射矩阵S(fi)的第n行元素构成的行向量。那么在期望超宽带工作频带内，全孔径阵列单元有源反射系数满足给定最大反射系数ρ的条件下，最大化波束扫描方向
Figure BDA00035950162300000411
的可实现增益的优化问题可以归纳为：
Figure BDA00035950162300000412
Figure BDA00035950162300000413
其中，
Figure BDA00035950162300000414
表示哈达码积，C表示复数集。由于第一个约束条件中把优化变量的模值作为上界约束，该约束条件属于典型非凸约束条件，导致优化问题(6)～(7)为非凸优化问题，难以在多项式时间内求出原问题的全局最优解。虽然上述问题能够使用全局优化类算法如差分进化算法、基因遗传算法进行求解，但对于中等规模以及大规模优化问题，求解效率极低，且有限时间内求解结果也较差。为了高效求得上述优化问题的一组满意的解(或者是工程上可接受的解)，可采用迭代的思想，把优化问题(6)～(7)转化为迭代凸优化问题。不妨假设第k次迭代中工作频点fi处相位激励向量
Figure BDA0003595016230000051
具有一个较小的增量δ(fi)(|δ(fi)|≤μE(fi)，μ表示大于0的参数，E表示元素全为1的列向量)，数学上可表示为：
Figure BDA0003595016230000052
那么(4)可以写成：
Figure BDA0003595016230000053
其中，
Figure BDA0003595016230000058
且该向量所有元素为实数。同理，(5)式可以写成：
Figure BDA0003595016230000054
由于优化变量都为实数，导致(6)～(7)为非凸优化问题的非凸约束条件不再存在。因此，按照迭代求解优化问题(6)～(7)的思想，第k次迭代的凸优化问题为：
Figure BDA0003595016230000055
Figure BDA0003595016230000056
Figure BDA0003595016230000057
其中，初始相位值
Figure BDA0003595016230000061
可根据期望波束扫描方向
Figure BDA0003595016230000062
按照步进相位直接求得。显然，通过这样的变换，每次迭代中的凸优化问题都可以按照凸优化算法高效求解。当达到最大迭代次数K或者相邻两次迭代目标函数差值小于0.001，则终止算法，得出优化的天线阵在工作频点fi处的幅度和相位激励，进而按照公式计算出工作频段范围内天线阵可实增益方向图和全孔径阵列单元有源反射系数。值得注意的是，上述分析仅考虑了水平极化分量，对于垂直极化分量的建模和分析方法完全类似。本方法的流程图如图1所示。
本发明提出的基于幅相调控的超宽带全孔径强耦合天线阵边缘效应抑制方法，具有以下三点优势：
1.充分使用了影响有限大阵列天线边缘效应的幅度和相位激励设计因素，在超宽带工作频段范围内，首次建立了联合考虑阵列可实现增益方向图和全孔径阵列单元有源反射系数的数学优化模型，并分析了优化问题的数学特性；
2.通过对激励相位采用小增量迭代的方式，把原始的非凸优化问题转化为迭代凸优化问题，使得能够使用凸优化算法高效求解出一组满足工程应用需求的幅度和相位激励。在保证超宽带全孔径阵列单元有源反射系数小于给定数值的同时，实现了超宽带频段范围内阵列扫描方向可实现增益的最大化，阵列边缘效应得到了有效抑制。
3.通过将本发明中的方法与抑制阵列边缘效应的天线结构设计方法进行联合设计，有望完全实现阵列边缘效应的消除，极大提高阵列可实现增益和口径效率。
附图说明
图1为本发明提出的基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法的流程图。
图2为设计好的超宽带双极化强耦合平面相控阵天线俯视图。
图3为超宽带双极化强耦合平面相控阵天线水平极化分量端口编号。
图4为超宽带双极化强耦合平面相控阵天线垂直极化分量端口编号。
图5为法向波束扫描时水平极化全孔径阵元有源驻波曲线图。
图6为E面扫描45度时水平极化全孔径阵元有源驻波曲线图。
图7为H面扫描45度时水平极化全孔径阵元有源驻波曲线图。
图8为法向波束扫描时水平极化分量全频段可实现增益方向图。
图9为E面扫描45度时水平极化分量全频段可实现增益方向图。
图10为H面扫描45度时水平极化分量全频段可实现增益方向图。
图11为采用本发明提出的方法和传统的等幅步进相位激励方法得到的阵列水平极化分量法向扫描时波束扫描方向上可实现增益随频率变化的曲线图。
图12采用本发明提出的方法和传统的等幅步进相位激励方法得到的阵列水平极化分量E面扫描45度时波束扫描方向上可实现增益随频率变化的曲线图。
图13采用本发明提出的方法和传统的等幅步进相位激励方法得到的阵列水平极化分量H面扫描45度时波束扫描方向上可实现增益随频率变化的曲线图。。
具体实施方式
如图2所示，设计了一个工作于0.2GHz～2GHz、有效馈电阵元数目为P×Q＝6×8＝48的超宽带双极化强耦合平面相控阵天线。其中有效馈电阵元位于整个阵列的中心部分，沿x方向在有效馈电阵列单元最左侧和最右侧分别有1列哑元，哑元总数12个，以实现对阵列边缘效应的初步抑制。天线阵水平极化分量端口编号如图3所示，垂直极化分量端口编号如图4所示。阵列单元按照矩形栅格排布。在x和y方向上单元间距均为0.46λH＝70mm，λH表示工作频段内最高频率对应的工作波长。天线单元从上层到下层依次为宽角阻抗匹配层、天线层、馈电巴伦、阻性频率选择表面、阻抗变换网络层、以及天线地板，天线水平极化和垂直极化单元均采用竖直型偶极子单元，两者相互正交放置；馈电巴伦采用双Y型馈电巴伦，上接天线偶极子臂，下接微带阻抗变换线和天线地板；同轴接头内芯穿过地板与微带阻抗变换线连接，外导体与地板直接连接。设计好的有限大阵列天线通过全波仿真软件仿真得到端口散射参数和有源单元增益方向图，作为本方法的输入。
假设工作频段内采样频点数为12个，且ρ＝0.55，μ＝0.2。使用本发明提出的幅相调控方法后，优化得到的法向波束扫描、E面扫描45度、H面扫描45度时水平极化全孔径阵元有源驻波随工作频率变化的曲线分别如图5、6、7所示，对应的全频段可实现增益方向图如图8、9、10所示。可以看到整个频段和波束扫描45度范围内，全孔径阵列单元有源驻波均小于3.5，说明了全孔径阵列单元在整个工作频带和扫描范围内匹配状态良好，阵列边缘效应对有源驻波的影响已得到极大改善。使用本发明提出的幅相调控方法和传统的等幅步进相位激励方法得到的阵列水平极化分量法向扫描、E面扫描45度、H面扫描45度时波束扫描方向上可实现增益随频率变化的曲线图分别如图11、12、13所示。可以看到，大部分频段内，特别是中频部分，使用本发明提出的方法得到的最大可实现增益好于传统的等幅步进相位激励方法，说明了边缘效应对阵列可实现增益的影响得到了改善，阵列口径效率得到了一定程度上的提升，论证了本发明方法的有效性。限于篇幅有限，该超宽带强耦合天线阵垂直极化分量也能按照此方法进行优化设计和阵列边缘效应抑制，这里不再赘述。
以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想结合具体问题做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的合理变更。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。

Claims (2)

1.基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法，其主要特征在于首先针对结构设计完善的强耦合天线阵，通过全波仿真或实验测试得到全孔径阵列单元端口散射参数和有源单元增益方向图，然后按照以下两式分别计算出工作频带内全孔径阵列单元有源反射系数和阵列可实现增益方向图：
Figure FDA0003944576280000011
Figure FDA0003944576280000012
其中，Im(fi)和
Figure FDA0003944576280000013
分别表示天线阵第m个端口在频点fi处的幅度和相位激励，Sn,m(fi)表示强耦合天线阵第m个单元与第n个单元在工作频点fi处的耦合系数，fl和fh分别表示工作频段内最低和最高工作频率，
Figure FDA0003944576280000014
表示球坐标系下的俯仰角和方位角，
Figure FDA0003944576280000015
表示期望的波束扫描角度，
Figure FDA0003944576280000016
第n个天线单元在频点fi处有源单元增益方向图，最后在超宽带工作频段范围内fi∈[fl,fh]，为求出抑制边缘效应影响的最佳幅相激励，在全孔径阵列单元有源反射系数满足给定最大反射系数ρ的条件下，可通过以优化工作频率范围内阵列可实现增益为目标来实现，该问题可表达为：
Figure FDA0003944576280000017
Figure FDA0003944576280000018
其中，C表示复数集，
Figure FDA0003944576280000019
表示由工作频点fi处有源单元增益方向图构成的阵列流型矩阵，w(fi)表示由工作频点fi处激励幅度和激励相位构成的复激励向量，Sn(fi)表示由散射矩阵S(fi)的第n行元素构成的行向量，I(fi)＝[I1(fi),I2(f),…,IN(fi)]T表示由天线阵在工作频点fi处的激励幅度构成的向量，
Figure FDA00039445762800000110
表示由天线阵在工作频点fi处的激励相位构成的向量，(°)表示哈达码积。
2.根据权利要求1所述的基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法，其特征还在于(3)-(4)中的非凸优化问题可通过迭代的方式可转化为迭代凸优化问题，其中第k次迭代过程中的凸优化问题为：
Figure FDA00039445762800000111
Figure FDA0003944576280000021
其中，b(fi)表示待优化的中间向量，R表示实数集，
Figure FDA0003944576280000022
表示第k-1次迭代过程中的相位激励向量，μ表示大于0的参数，E表示元素全为1的列向量，当达到最大迭代次数K或者相邻两次迭代目标函数差值小于0.001，则终止算法，进而得出天线阵在工作频点fi处的幅度和相位激励，并按照公式(1)和(2)计算出工作频段范围内天线阵可实增益方向图和全孔径阵列单元有源反射系数。
CN202210386043.2A 2022-04-13 2022-04-13 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法 Active CN114709616B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210386043.2A CN114709616B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210386043.2A CN114709616B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114709616A CN114709616A (zh) 2022-07-05
CN114709616B true CN114709616B (zh) 2023-01-24

Family

ID=82174032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210386043.2A Active CN114709616B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114709616B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116776701B (zh) * 2023-06-29 2024-04-16 电子科技大学 一种改善瞬时带宽的强耦合宽带天线阵边缘效应优化方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104063426A (zh) * 2014-06-06 2014-09-24 西安电子科技大学 一种面向辐射和散射的有源相控阵天线结构公差的快速确定方法
CN107515956A (zh) * 2016-06-17 2017-12-26 南京理工大学 一种基于hfss单元法的大型有限平面阵列分析方法
CN110336627A (zh) * 2019-07-10 2019-10-15 电子科技大学 基于时间调制的阵列天线幅相调控系统及其实现方法
CN111612121A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 电子科技大学 一种液晶微波相控阵天线动态增益的优化方法
CN112151969A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 电子科技大学 基于广义散射矩阵的强耦合宽带相控阵带内rcs控制方法
CN112216980A (zh) * 2020-10-13 2021-01-12 电子科技大学 一种全孔径强耦合超宽带对称偶极子相控阵天线
TW202121744A (zh) * 2019-08-07 2021-06-01 美商雷神公司 邊緣效應減輕之相控陣列天線

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109818157B (zh) * 2019-01-25 2020-01-10 电子科技大学 一种基于不规则子阵的紧耦合超宽带天线阵列的构建方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104063426A (zh) * 2014-06-06 2014-09-24 西安电子科技大学 一种面向辐射和散射的有源相控阵天线结构公差的快速确定方法
CN107515956A (zh) * 2016-06-17 2017-12-26 南京理工大学 一种基于hfss单元法的大型有限平面阵列分析方法
CN110336627A (zh) * 2019-07-10 2019-10-15 电子科技大学 基于时间调制的阵列天线幅相调控系统及其实现方法
TW202121744A (zh) * 2019-08-07 2021-06-01 美商雷神公司 邊緣效應減輕之相控陣列天線
CN111612121A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 电子科技大学 一种液晶微波相控阵天线动态增益的优化方法
CN112151969A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 电子科技大学 基于广义散射矩阵的强耦合宽带相控阵带内rcs控制方法
CN112216980A (zh) * 2020-10-13 2021-01-12 电子科技大学 一种全孔径强耦合超宽带对称偶极子相控阵天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Characteristic Excitation Taper for Ultrawideband Tightly Coupled Antenna Arrays;Ioannis Tzanidis 等;《TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》;20120430;第40卷(第4期);第1777-1784页 *
二单元圆极化微带天线阵列中介质边缘效应仿真实验分析;张春华;《微波学报》;20130615;第29卷(第3期);第31-35页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114709616A (zh) 2022-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chio et al. Parameter study and design of wide-band widescan dual-polarized tapered slot antenna arrays
CN109818157B (zh) 一种基于不规则子阵的紧耦合超宽带天线阵列的构建方法
CN106654601B (zh) 无栅瓣宽角扫描混合阵列超稀疏布局方法
CN109273836B (zh) 基于紧耦合偶极子及各向异性匹配层的宽带宽角扫描天线
CN113032989B (zh) 一种约束方向性系数的最小化阵元数目的稀布阵优化方法
CN108493625A (zh) 改进型低剖面低散射强耦合超宽带相控阵
CN113851833B (zh) 基于方向图可重构子阵技术的栅瓣抑制宽角扫描相控阵
CN110190390B (zh) 基于冗余设计的k波段超材料微带天线及设计方法
CN114709616B (zh) 基于幅相调控的超宽带强耦合天线阵边缘效应抑制方法
Yang et al. A hybrid approach for the synthesis of nonuniformly-spaced linear subarrays
Yang et al. A novel method for maximum directivity synthesis of irregular phased arrays
Bodehou et al. Direct numerical inversion methods for the design of surface wave-based metasurface antennas: Fundamentals, realizations, and perspectives
CN113489523B (zh) 基于分离校准迭代fft的唯相位多波束方向图综合方法
CN102280714A (zh) 由多元子阵构成的稀疏相控阵天线
CN111209670B (zh) 一种可实现高增益的不规则子阵排布优化方法
Yang et al. An effective optimization methods for the suppression of edge effects in ultrawideband tightly coupled antenna arrays
CN113517570A (zh) 一种异形八木天线及其波束控制方法
CN116776701B (zh) 一种改善瞬时带宽的强耦合宽带天线阵边缘效应优化方法
Gal et al. Thinning Satellite Communication Antenna Arrays for Dual Band Operation
Woo et al. Hybrid waveguide feed network for aperiodic subarray beamforming
Uduwawala et al. Genetically designed high gain Sierpinski Carpet fractal antenna
CN112234336A (zh) 副瓣约束的阵列方向图增益优化方法
CN114400439B (zh) 基于特征模理论的飞艇平台米波共形相控阵天线
Bahreini et al. Design of a meander-shaped MIMO antenna using IWO algorithm for wireless applications
El-Khamy et al. New wideband antenna arrays with low sidelobe based on space filling curves

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant