時間調(diào)制陣列理論與共形陣列技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代無線通信和電子技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了電磁問題日益復(fù)雜，這將使得對于高效優(yōu)化技術(shù)的需求變得異常強(qiáng)烈。電磁問題的目標(biāo)函數(shù)通常具有非線性、不可導(dǎo)以及多極值的特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了傳統(tǒng)優(yōu)化算法的應(yīng)用。作為一種全局優(yōu)化算法，進(jìn)化算法由于使用簡單方便，搜索能力強(qiáng)，對目標(biāo)函數(shù)限制少并且不受搜索空間的限制，因而被廣泛地應(yīng)用于各種電磁優(yōu)化問題。然而對于較為復(fù)雜的優(yōu)化問題，進(jìn)化算法的收斂速度較慢并且容易陷入局部最優(yōu)解。因此，開展高效的進(jìn)化算法研究便具有重要的理

2、論意義和實(shí)用價值。
　　在方向圖綜合方面，傳統(tǒng)相控陣列通常需要較高的激勵幅度動態(tài)范圍，對于陣列的饋電系統(tǒng)提出了較高的要求。然而時間調(diào)制陣列通過在傳統(tǒng)相控陣列天線引入新的自由度——時間，能夠有效簡化饋電網(wǎng)絡(luò)的同時還能實(shí)現(xiàn)精確饋電。因此探索時間調(diào)制陣列新的設(shè)計思路以及新的應(yīng)用領(lǐng)域是一項極具潛力的研究課題。
　　共形陣列因能夠與載體表面緊密貼合而可以實(shí)現(xiàn)對載體平臺空間進(jìn)行有效利用，同時能夠最大限度地保持原有載體平臺的空氣動力學(xué)特性

3、，并且具有較寬的波束掃描角度以及降低整體系統(tǒng)的雷達(dá)散射截面積的優(yōu)勢。其獨(dú)特的優(yōu)勢能夠有效彌補(bǔ)平面陣列固有的缺陷，同時滿足現(xiàn)代雷達(dá)等電子系統(tǒng)的發(fā)展需求。因而共性陣列近些年來獲得了廣泛地重視，并將在飛行器、衛(wèi)星以及艦船中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文主要對進(jìn)化算法，時間調(diào)制陣列以及共形陣列技術(shù)等方面展開研究，主要工作包括以下幾個方面:
　　1.針對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化算法在解決復(fù)雜優(yōu)化問題時收斂速度較慢，容易陷入局部最優(yōu)解的缺點(diǎn)，本文提

4、出了一種混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法。該算法繼承了差分進(jìn)化算法較強(qiáng)全局尋優(yōu)能力的優(yōu)點(diǎn)，同時保留了人工蜂群算法在局部尋優(yōu)方面的優(yōu)勢，因而能夠極大地加快算法的收斂速度，并且避免陷入局部最優(yōu)解，從而提高了算法的整體性能。
　　2.針對大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合較為困難的問題，本文提出了一種大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合方法。該方法首先對于中心頻率方向圖進(jìn)行初步綜合并得到初始解。然后對該初始解的幅度和相位進(jìn)行微擾優(yōu)化，以滿足中心頻率方向圖以及陣列等效

5、激勵幅度的要求。最后對脈沖持續(xù)時間以及脈沖起始時刻進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)邊帶電平的抑制。該方法通過將原有的大規(guī)模綜合問題進(jìn)行分解，能夠極大地緩解因優(yōu)化變量規(guī)模過大而引起的優(yōu)化能力急劇下降的問題。
　　3.在研究傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列能在中心頻率處實(shí)現(xiàn)等效幅度加權(quán)的基礎(chǔ)上，本文提出了相位調(diào)制陣列。相位調(diào)制陣列的每個天線單元與不同的延遲線相連接，通過控制兩種延時線的工作時序，可以在相位調(diào)制陣列的中心頻率處引入可控的等效相位，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在中心頻率處

6、的等效相位加權(quán)，并達(dá)到不使用移相器即可實(shí)現(xiàn)波束掃描的目的。該相位調(diào)制陣列具有非常簡單的陣列結(jié)構(gòu)，以及廣闊的應(yīng)用前景。
　　4.針對進(jìn)化算法綜合時間調(diào)制陣列所存在的計算速度慢，穩(wěn)定性差，優(yōu)化能力對變量規(guī)模敏感等缺點(diǎn)，本文提出了一種時間調(diào)制陣列快速綜合方法。該方法首先使用交替投影算法對陣列的中心頻率方向圖進(jìn)行綜合，利用所得的中心頻率陣列激勵并再次使用交替投影算法對邊帶頻率方向圖進(jìn)行綜合。最終分離出時間調(diào)制陣列的靜態(tài)激勵與動態(tài)激勵。由于

7、使用了交替投影方法，因此該綜合方法具有極高的效率和穩(wěn)定性，并且能解決大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合問題。
　　5.針對共形陣列極化方向調(diào)整的問題，本文提出了一種雙端口天線單元的極化方向控制方法。該方法根據(jù)天線單元的位置以及主波束極化方向，得到雙端口電流的相對關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，獲得兩個端口激勵的電流幅度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輻射單元的表面電流的流向，達(dá)到控制單元極化方向的目的。
　　6.針對共形陣列低副瓣方向圖綜合問題，本文提出了一種基于單峰