基于時(shí)域瞬態(tài)特性的Vivaldi波束掃描陣列天線研究.pdf

1、脈沖超寬帶技術(shù)具有定位精度高、傳輸速率高、穿透能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等其他通信技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在無(wú)線通信、地質(zhì)探測(cè)、雷達(dá)測(cè)距定位及基于位置的服務(wù)（Location-based services，LBS）等領(lǐng)域，令基于脈沖超寬帶技術(shù)的時(shí)域波束掃描陣列天線具有十分廣闊的應(yīng)用前景。脈沖超寬帶信號(hào)的時(shí)域瞬態(tài)特性決定了脈沖超寬帶天線的研究與傳統(tǒng)基于頻域的天線研究不同，因而在時(shí)域?qū)γ}沖超寬帶天線開展研究具有十分重要的理論意義和

2、應(yīng)用價(jià)值。
　　本文基于時(shí)域瞬態(tài)特性對(duì)應(yīng)用于 LBS系統(tǒng)的Vivaldi波束掃描陣列天線進(jìn)行了研究，探索了開展脈沖超寬帶天線的時(shí)域分析方法，明晰了脈沖超寬帶天線脈沖信號(hào)波形選擇的原則及波束掃描陣列天線的工作機(jī)理，以波形保真度和能量方向圖兩個(gè)重要時(shí)域特性參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行脈沖超寬帶天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在全頻段、全波束掃描范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)天線指標(biāo)參數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了頻域方法無(wú)法直接給出脈沖超寬帶天線的時(shí)域響應(yīng)、難以描述其全帶寬內(nèi)

3、性能、難以直接針對(duì)其時(shí)域特性進(jìn)行優(yōu)化等問(wèn)題。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）脈沖超寬帶天線的時(shí)域特性建模。本文首先從通信系統(tǒng)的角度給出了脈沖超寬帶天線的無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件以及波形保真度、能量方向圖等重要時(shí)域參數(shù)的定義；對(duì)脈沖超寬帶天線發(fā)射及接收脈沖信號(hào)的過(guò)程進(jìn)行時(shí)域特性建模；研究了不同激勵(lì)信號(hào)對(duì)于脈沖超寬帶天線波形保真度的影響，提出了基于波形保真度進(jìn)行脈沖信號(hào)選擇的方法；并分析了一種重要的脈沖超寬帶天線—Vivaldi天線的時(shí)域特

4、性參數(shù)，為本文后續(xù)研究工作提供了理論依據(jù)及數(shù)據(jù)參考。
　?。?）改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法和多目標(biāo)優(yōu)化廣義差分進(jìn)化算法。通過(guò)對(duì)脈沖超寬帶天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行建模，并結(jié)合電磁仿真優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法和多目標(biāo)優(yōu)化廣義差分進(jìn)化算法加以改進(jìn)，使其在優(yōu)化過(guò)程的不同階段具有不同的變異策略和控制參數(shù)，在種群多樣性和收斂速度之間取得相對(duì)平衡的同時(shí)增強(qiáng)了算法的局部尋優(yōu)能力；并將改進(jìn)的差分進(jìn)化算法應(yīng)用于介質(zhì)加載Vivaldi天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)以

5、及后續(xù)的波束掃描陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)中。
　?。?）Vivaldi天線空間波形保真度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)針對(duì)時(shí)域波束掃描陣列天線的工作特點(diǎn)，提出了一種基于介質(zhì)加載在空間范圍內(nèi)改善Vivaldi天線波形保真度的方法，并通過(guò)對(duì)介質(zhì)加載Vivaldi天線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　（4）一維及二維時(shí)域波束掃描陣列時(shí)域方向圖特性研究。本文給出了一維及二維時(shí)域波束掃描陣列的方向圖綜合一般性方法，分析了不同間距的一維及二維均勻波束