陣列天線及陣列天線方向圖的賦形裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及通訊天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種陣列天線及陣列天線方向圖的 賦形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著近代微波通訊，衛(wèi)星通訊W及航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)前社會對通訊系統(tǒng)的 要求越來越高，尤其是使用者對于天線的方向圖的波束寬度W及精確度越來越高。運些要 求對于天線設(shè)計及研發(fā)是一個很大的考驗。
[0003] 天線的方向圖可W反映出天線的福射特性。一般情況下，天線方向圖可W表示天 線福射電磁波的功率或場強在空間各個方向的分布圖形。在陣列天線方向圖合成時，首先 給出設(shè)計需要的目標(biāo)方向圖，再利用合適的算法計算出每個天線單元賦形目標(biāo)方向圖形的 最優(yōu)解的幅度和相位。最后，依據(jù)此組數(shù)據(jù)作為激勵，可將陣列天線方向圖賦形成所需的目 標(biāo)形狀。
[0004] 一個優(yōu)秀的算法對設(shè)計出一款高效、方向圖精確度高的陣列天線變得非常重要。 經(jīng)典的遺傳算法經(jīng)常用于天線方向圖的合成設(shè)計。而遺傳算法的適應(yīng)度反應(yīng)了合成方向圖 和目標(biāo)方向圖的擬合程度，適應(yīng)度越高，算法計算出的幅度和相位值越精確，方向圖的擬合 度越高。反之，遺傳算法的適應(yīng)度越低，則應(yīng)用該遺傳算法計算得出的幅度和相位值的精確 度也越低，表明方向圖的擬合度越低。 陽〇化]經(jīng)典的遺傳算法解決陣列天線綜合的主要流程是，首先隨機地產(chǎn)生初始種群。接 著，將W上隨機產(chǎn)生的初始種群代入預(yù)先設(shè)定的表達(dá)式，計算出陣列方向函數(shù)。將其與相應(yīng) 的目標(biāo)方向圖做差，并且根據(jù)不同方向的重要性對所得的差分別加權(quán)，取每個個體中不同 方向上差的絕對值和，然后取倒數(shù)得到每個個體的適應(yīng)度值。根據(jù)單一的選擇策略（例如 賭輪盤法或者精英選擇），配合適應(yīng)度選擇再生個體。對再生個體進行交叉，可W使下一代 種群遺傳上一代的基因。按照一定的交叉概率和交叉算法，生成新的個體。為了避免近親 繁殖，陷入局部最優(yōu)，按照一定的變異概率和變異算法，在交叉生成的個體進行變異，再次 生成新的個體。最后，判斷是否達(dá)到停止條件，比如是否達(dá)到最大遺傳代數(shù)或者適應(yīng)度值是 否達(dá)到預(yù)設(shè)要求。若符合停止條件則輸出最佳值，否則，返回重新計算個體的適應(yīng)度值，直 到達(dá)到停止條件。
[0006] 在經(jīng)典的遺傳算法中，賭輪盤法選擇算子作用于群體時，能保護群體基因的多樣 性，但并不能保證子輩的性能總是好于父輩，群體的進化會出現(xiàn)反復(fù)，甚至?xí)簳r的倒退現(xiàn) 象，延緩算法的收斂速度。精英選擇能保證子輩的性能不差于父輩，能加快收斂速度，但可 能會出現(xiàn)早熟收斂問題。所W經(jīng)典的遺傳算法在解決陣列天線賦形問題時，一般適應(yīng)度在 0.07W下，目標(biāo)方向圖和合成方向圖的擬合程度W及副瓣大小并不能讓設(shè)計者完全滿意。
[0007] 而且，在當(dāng)前的天線設(shè)計中，普通的余割平方擴展波束的覆蓋范圍一般在55°W 下，波束的覆蓋范圍較為有限，已經(jīng)難W滿足越來越高的通信需求。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中陣列天線賦形時擬合度 低及天線波束覆蓋范圍有限的問題。
[0009] 本實用新型首先提供了一種陣列天線方向圖的賦形裝置，包括：輸入端，獲取陣列 天線各個陣元在禪合條件下的方向圖；種群生成器，根據(jù)各個陣元在所述禪合條件下的方 向圖隨機生成初始種群；選擇器，為所述初始種群中的每個個體計算適應(yīng)度值，并根據(jù)所述 適應(yīng)度值選擇賭輪盤策略或者精英選擇策略；再生優(yōu)化器，根據(jù)所述選擇器所選擇的賭輪 盤策略或者精英選擇策略，配合適應(yīng)度選擇再生個體，并對所述再生個體進行優(yōu)化，生成新 的個體；輸出端，符合預(yù)設(shè)結(jié)束規(guī)則時輸出所述陣列天線的最優(yōu)方向圖。
[0010] 其中，該裝置還包括：反饋控制器，在所述新的個體不符合所述預(yù)設(shè)結(jié)束規(guī)則時， 向所述選擇器反饋重新計算指示；所述選擇器根據(jù)所述重新計算指示重新計算所述適應(yīng)度 值。
[0011] 其中，所述選擇器包括：計算單元，計算所述適應(yīng)度值；選擇單元，在所述適應(yīng)度 值小于或等于適應(yīng)度闊值時，選擇賭輪盤策略，否則選擇精英選擇策略。
[0012] 本實用新型還提供了一種陣列天線，包括：彼此間隔距離為半波長的多個陣元天 線，所述每一陣元天線包括矩形單元天線及相連的饋線，所述饋線通過饋點與矩形單元天 線的窄邊相連接。
[0013] 其中，所述陣元天線的數(shù)量為10個、14個、16個或者20個。
[0014] 其中，所述饋線為具有兩組平行邊的八邊形。
[0015] 其中，所述陣列天線的每個陣元天線都選定余割平方擴展波束為目標(biāo)方向圖。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型得益于改進型自適應(yīng)遺傳算法的精確賦形，天線方 向圖波束覆蓋寬度能達(dá)到65°。本實用新型的X波段天線陣的波束覆蓋范圍更寬，實用性 更好，在飛機導(dǎo)航雷達(dá)探測方面具有非常優(yōu)越的應(yīng)用前景。
[0017] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型的技術(shù)方案而了解。本實用新型的目的和其 他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)和/或流程來實現(xiàn)和獲 得。
【附圖說明】
[0018] 附圖用來提供對本實用新型的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進一步理解，并且構(gòu)成說明 書的一部分。其中，表達(dá)本實用新型實施例的附圖與本實用新型的實施例一起用于解釋本 實用新型的技術(shù)方案，但并不構(gòu)成對本實用新型技術(shù)方案的限制。
[0019] 圖1為本實用新型實施例的陣列天線方向圖的賦形方法的流程示意圖。
[0020] 圖2為本實用新型實施例的陣列天線示意圖。
[0021] 圖3為本實用新型實施例的陣列天線中陣元天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4為本實用新型實施例的陣列天線中陣元天線的頻帶圖。
[0023] 圖5為本實用新型實施例中的陣元在禪合條件下的方向圖。
[0024] 圖6為本實用新型實施例的陣列天線賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00巧]圖7為本實用新型實施例的陣列天線賦形裝置在高適應(yīng)度闊值時采用改進型自 適應(yīng)遺傳算法時的適應(yīng)度值圖。
[00%] 圖8為本實用新型實施例的陣列天線賦形裝置在低適應(yīng)度闊值時采用改進型自 適應(yīng)遺傳算法時的適應(yīng)度值圖。
[0027] 圖9為本實用新型實施例的陣列天線賦形裝置未采用精英選擇策略時應(yīng)用改進 型自適應(yīng)遺傳算法時的適應(yīng)度值圖。
[0028] 圖10為采用經(jīng)典遺傳算法時的適應(yīng)度值圖。
【具體實施方式】
[0029] W下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型 如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)W實 施。本實用新型實施例W及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可W相互結(jié)合，所形成 的技術(shù)方案均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0030] 另外，附圖所示出的本實用新型實施例的方法所包含的步驟，可W在諸如一組計 算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行。并且，雖然本實用新型實施例的方法在所示的流程 圖中體現(xiàn)出了本實用新型的技術(shù)方案在執(zhí)行時的一定的邏輯順序，但通常而言，該邏輯順 序僅限于通過該流程圖所示出的實施例。在本實用新型的另一些實施例中，本實用新型的 技術(shù)方案的邏輯順序也可WW不同于附圖所示的方式來實現(xiàn)。
[0031] 如圖1所示，本實用新型的陣列天線方向圖的賦形方法，主要包括如下步驟。
[0032] 步驟S110,確定由N個陣元組成的線性陣列天線，獲取陣列天線各個陣元在禪合 條件下的方向圖。
[0033] 步驟S120,根據(jù)各個陣元在禪合條件下的方向圖，隨機地產(chǎn)生初始種群。其中，初 始種群采用二進制進行表示。
[0034] 步驟S130,為初始種群中的每個個體計算適應(yīng)度值，并根據(jù)適應(yīng)度值選擇賭輪盤 策略或者精英選擇策略。
[0035] 具體地，是將隨機產(chǎn)生的初始種群代入表達(dá)式計算陣列方向函數(shù)，并將相應(yīng)方向 圖與目標(biāo)方向圖求差，根據(jù)不同方向的重要性對差分別加權(quán)，取每個個體中不同方向上差 的絕對值并求和，然后取倒數(shù)得到適應(yīng)度值。
[0036] 適應(yīng)度fit的計算表達(dá)式如下：
[0038] 其中，wei曲t為每個點所對應(yīng)的權(quán)重，diff為合成圖中每個點與目標(biāo)方向圖的絕 對誤差。
[0040] 其中，0為天線方向圖中的角度值，范圍在0° -360°，運里i有5種取值，即將 360°分為了