相信大多数天线和射频工程师在进行相关设计时都会进行大量的调试工作，在仿真设计 阶段，我们经常会使用到高频仿真软件 HFSS。虽然 HFSS 拥有不凡的运算分析能力，但是对 于经验不足的设计者而言，一个结构相关参数的调整与优化将是相当漫长的，在这个过程中 大量的时间会被浪费在一些重复性的工作上，大大降低了设计效率。所以，实现天线的快速优化，减少调试过程中的无用操作，缩减天线设计周期是非常必要的。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于互耦的超宽带相控阵研究现状

1.2.2  基于遗传算法的天线设计研究现状

1.3 本文结构安排

小型化的超宽带相控阵天线是当今天线研究领域的一个热点，本文针对基于紧耦合的 Vivaldi 相控阵做了相关研究，设计了一款平衡对跖 Vivaldi 阵列，带宽为 3-18GHz，工作频带 内 VSWR<2.5。同时，针对手动调试天线参数耗费时间，设计周期长且依赖于设计经验的缺点，本文实现了 Python 和 HFSS 的联合仿真，使用 Python 编写遗传算法，让天线的优化调试 完全通过程序进行。全文结构如下：

第一章，绪论，简要介绍了研究背景、现阶段宽带紧耦合阵列以及遗传算法与天线设计 结合的研究动态，并对本文各章的内容进行了简要概括。

第二章，阐述相控阵的基础知识，详细推导了紧耦合情况下的阵列工作情况，并对强耦 合天线设计的最初理论电流片模型进行了简要说明。

第三章，对遗传算法和 HFSS  软件进行了简要介绍，详细阐述了使用 Python 语言编写

HFSS 对应操作函数的步骤与方法，给出了遗传算法与仿真软件 HFSS 联合使用的详细过程。 第四章，简要叙述了 Vivaldi   天线的原理与发展过程，使用第三章所述遗传算法，通过

HFSS  和 Python  联合仿真，设计了一款基于紧耦合的低剖面超宽带相控阵列，阵元尺寸为

7.71mm*10mm，阵列带宽为 3-18GHz，带宽内 VSWR<2.5。 结论，回顾全文内容，对所做工作进行了综述，说明了问题所在并指出了下一步的研究方向。

2 强耦合相控阵列天线理论基础

2.1 阵列天线理论分析

2.1.1 阵列天线基本原理

图 2.1 是一个阵列布局图，每个矩形代表一个阵元。图中 P 是天线远处一点，第 i 个阵元 电场矢量表达式如下：