專利名稱：直線陣列天線方向圖的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及天線方向圖的賦形優(yōu)化，可用于直線陣列天線的 方向圖設(shè)計。
背景技術(shù)：
天線方向圖是考察天線覆蓋效果的指標(biāo)，它的優(yōu)劣直接決定無線通信系統(tǒng)是否能 夠正常工作。根據(jù)系統(tǒng)要求的天線指標(biāo)和波束形狀求解陣列天線的激勵幅度、相位、單元間 距的過程稱為方向圖綜合。陣列天線方向圖綜合的方法主要是通過對陣因子方向圖進行設(shè) 計，然后按照方向圖乘機原理最終求解出工程需要的天線的方向圖。在不同應(yīng)用場合下對 天線方向圖有不同的要求，綜合多樣的天線方向圖就變的非常重要。早期的天線方向圖綜 合方法都是針對某一特定問題提出的，如切比雪夫綜合方法和泰勒綜合方法主要用來解決 陣列天線低副瓣的設(shè)計問題，伍德福德方法適用于扇形方向圖的綜合，貝力斯方法適用于 差方向圖綜合。近年來，任意陣列天線方向圖的綜合問題逐漸成為研究熱點，研究成果有利用加 權(quán)最小二乘算法進行方向圖綜合和基于遺傳算法的方向圖綜合等，但最小二乘算法不能用 于有約束條件的方向圖綜合，遺傳算法由于具有遺傳操作特性，如交叉和變異等本身特點 使得綜合速度比較慢?，F(xiàn)有綜合方向圖的方法大都是針對陣因子方向圖的綜合，根據(jù)方向圖乘機原理用 優(yōu)化過的陣因子方向圖乘以輻射單元方向圖，最終得到天線的方向圖。這種方法因為優(yōu)化 目標(biāo)是陣因子方向圖而不是天線方向圖，所以乘以輻射單元方向圖后形成的天線方向圖和 最初的預(yù)期目標(biāo)往往存在差異。天線方向圖的指標(biāo)比較靈活多樣，即便是在同一個方向圖里，按照工程中系統(tǒng)的 要求一般分為幾個方面，而有的方面和其他的方向可能會不兼容，這就需要折中考慮或優(yōu) 先部分要求等?，F(xiàn)有基于遺傳算法的方向圖綜合方法，其按照遺傳算法的迭代優(yōu)化流程，對 于可變參數(shù)的調(diào)節(jié)比較有限，從而不能很靈活的解決各個指標(biāo)的折中或優(yōu)先等權(quán)重問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種直線陣列天線方向圖的優(yōu) 化方法，以提高陣列天線方向圖優(yōu)化過程的運算效率和準(zhǔn)確性，使其能靈活的優(yōu)化出系統(tǒng) 要求的各種方向圖。實現(xiàn)本發(fā)明的目的技術(shù)方案，包括如下步驟(1)按照系統(tǒng)要求，設(shè)置陣列天線的陣子單元數(shù)目N、工作頻率F、陣子高度H、陣子 臂長L、方向圖下傾角度Θ_和各方向角上的目標(biāo)電平值f(l(e)；(2)根據(jù)各方向角上的目標(biāo)電平值生成三個適應(yīng)度函數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種直線陣列天線方向圖的優(yōu)化方法，包括如下步驟(1)按照系統(tǒng)要求，設(shè)置陣列天線的陣子單元數(shù)目N、工作頻率F、陣子高度H、陣子臂長 L、方向圖下傾角度θωΜ和各方向角上的目標(biāo)電平值f(l(e)；(2)根據(jù)各方向角上的目標(biāo)電平值fQ(θ )生成三個適應(yīng)度函數(shù)Htness1 =Σ (max(f( θ ), f0( θ ))-f0( θ ))m+ Σ abs(max(f( θ ), f0( θ ))-f0( θ )) f Itness2 = Σ (min(f( θ )，f0(6))-f0( θ))"1+ Σ abs(min(f( θ )，f0 ( θ ))-f0 ( θ )) fitness3 = (f ( θ mJ -f0 ( θ mJ 廣+1 f ( θ mJ -f0 ( θ mJ其中，fitneSSl為電平抑制適應(yīng)度函數(shù)，fitness2為電平填充適應(yīng)度函數(shù)，fitness3為 下傾角適應(yīng)度函數(shù)，θ為方向角，m為0到10之間的偶數(shù)，θ_為方向圖下傾角度，f(l(e) 代表目標(biāo)方向圖垂直切面各方向角的電平值，f(0)代表當(dāng)前方向圖垂直切面各方向角的 電平值，按照如下公式計算
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方向圖優(yōu)化方法，其中步驟(4)所述的激勵幅度A(i)按照收 斂優(yōu)化公式(c)進行追蹤收斂優(yōu)化，是用激勵幅度A (i)替代(c)式中的Clatai,用激勵幅度 步進值印擾《替代(c)式中的Speedi,然后進行迭代運算，直到(b)式條件滿足為止，A(i) n+1就是A(i)的最終結(jié)果，即
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方向圖優(yōu)化方法，其中步驟(4)所述的激勵相位P(i)按照收 斂優(yōu)化公式(c)進行追蹤收斂優(yōu)化，是用激勵相位P (i)替代(c)式中的Clatai,用激勵相位 步進值Speedp替代(c)式中的Speedi,然后進行迭代運算，直到(b)式條件滿足為止，P(i) n+1就是P(i)的最終結(jié)果，即
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方向圖優(yōu)化方法，其中步驟(4)所述的單元間距d(i)按照收 斂優(yōu)化公式(c)進行追蹤收斂優(yōu)化，是用單元間距d(i)替代(c)式中的Clatai,用單元間距 步進值Speedd替代(c)式中的Speedi,然后進行迭代運算，直到(b)式條件滿足為止，d(i) n+1就是d(i)的最終結(jié)果，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直線陣列天線方向圖的優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有天線方向圖賦形優(yōu)化速度慢、準(zhǔn)確性不高，靈活性不強的問題。其實現(xiàn)步驟是(1)設(shè)置系統(tǒng)給定的參數(shù)和系統(tǒng)要求的方向圖電平值；(2)根據(jù)系統(tǒng)要求的方向圖電平值生成電平抑制適應(yīng)度函數(shù)、電平填充適應(yīng)度函數(shù)和下傾角適應(yīng)度函數(shù)；(3)初始化激勵幅度、激勵相位和單元間距參數(shù)，并按照優(yōu)化公式進行迭代優(yōu)化，直到滿足三個適應(yīng)度函數(shù)的值相加為零為止；(4)把優(yōu)化后的激勵幅度和或激勵相位和或單元間距按照陣列天線方向圖原理生成天線方向圖，完成方向圖優(yōu)化。本發(fā)明具有運算速度快、準(zhǔn)確性高，靈活性強的優(yōu)點，能夠滿足各種系統(tǒng)要求的直線陣列天線方向圖優(yōu)化設(shè)計。
文檔編號H01Q25/00GK102122765SQ20101059870
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉芳麗, 張霖, 樊宏亮, 王習(xí), 陳金虎, 馬軍紅 申請人:西安海天天線科技股份有限公司