2.1.1 阵列天线基本原理 7

2.1.2 互耦情况下的阵列分析 8

2.2 电流片模型 9

2.3 本章小结 9

3 遗传算法及 HFSS 优化程序 10

3.1 遗传算法简介 10

3.2 高频仿真软件 HFSS 及其 Scripting 11

3.3 遗传算法联合仿真程序实现方法 14

3.4 本章小结 15

4 基于遗传算法的强耦合 Vivaldi 相控阵设计 17

4.1 Vivaldi 天线简介 17

4.2 强耦合 Vivaldi 阵元结构 19

4.3 无限大周期阵列遗传算法优化结果 21

4.4 有限尺寸阵列仿真设计 23

4.5 本章小结 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 课题研究背景

无线通信是利用电磁波的发射与接收实现的，而天线则是完成这一任务的元件，它对于 系统优劣将会产生重大的影响。目前而言，大尺寸的天线结构已经不适合通信和雷达系统小 型化的发展趋势，紧缩的系统空间使得天线占据的空间越来越小，这无疑对天线的设计带来 了莫大的困难。与此同时，如果设计的天线带宽跨越多个频段，就可以将多天线聚合为单天 线，这无疑将会大大减少所要分配给天线的空间。

除了实现天线宽带工作之外，为了增强系统多功能工作的能力，大多数系统要求天线能 够扫描。对于雷达而言，对天线扫描时的工作性能更是提出了更加严格的要求，比如扫描角 度的范围、波束宽度以及时间延迟等。实现天线扫描的方式主要包括机械扫描和电扫描。机 械扫描的缺点显而易见，它通过机械转动改变天线指向从而实现扫描，由于机械惯性的存在， 该种扫描方式带来的延迟必然较大，扫描的精度也会不足。而电扫描的原理是通过控制天线 阵中每个单元的馈电相位，控制合成波束指向，使其达到目标方向。通过对比我们不难发现， 电扫描可以实现快速、精确的波束定位，时间延迟极短。

基于以上所述，对于小型化宽带相控阵的研究成为当务之急，它将对无线通信的发展产 生深远的影响，是通信系统进一步提升性能的关键所在。目前而言，超宽带相控阵的设计主 要通过两种途径来实现。第一种是先设计一种宽带天线单元，然后将单元按照一定形式组成 阵列，实现所需扫描性能。在这种情况下，阵元之间的相互耦合将会是限制阵列性能的关键 所在，而且此种方式设计的天线尺寸一般较大，可与天线工作波长相比拟，难以满足小型化 的要求。另一种则是利用阵元之间的互耦效应，使得原本带宽性能较差的单元在处于阵列环 境当中后能够实现宽带工作，这种天线的设计方法的原理来源于无限电流片模型，最近几年 逐渐兴起。值得注意的是该种设计方法所设计的天线阵列的阵元距离很小，可以通过一些独 特的结构设计出剖面很低的阵列单元，便于与其他机械结构共形，恰好满足了目前各种系统 小尺寸的要求。为此，我们将展开对基于阵元间互耦的宽带相控阵的研究，这不管是在工程 中还是在学术中，都将有着重大的价值和意义。 超宽带相控阵天线研究(2):http://www.chuibin.com/tongxin/lunwen_205570.html