基于GA-PSO混合算法的阵列天线优化

发布时间：2020-06-06 01:24

【摘要】：最近十几年来,通信领域飞速发展,智能天线技术也越来越被人们重视,而阵列天线又是智能天线技术中的一个关键点。阵列天线是由某一种天线在空间中按一定顺序组阵形成,能够实现许多单天线无法实现的功能。阵列天线能够通过调节相关参数,实现指定的天线方向图,也称为阵列天线综合。典型的阵列天线综合法通过改善天线阵的单元总数、单元间距以及各单元的电流幅度和相位来获得指定的辐射增益图,但是该方法在复杂、自由度低的阵列天线优化问题上具有一定的局限性,而智能优化算法则不存在这个问题,它以其稳定性、随机性及全区域寻优能力,被广泛应用于阵列天线优化领域。因此本文基于智能优化算法和有限元法对阵列天线综合问题进行研究,主要研究成果如下:1.混合优化算法的研究。由于传统的阵列天线综合法具有一定的局限,并且随着阵元个数的增加,传统阵列天线综合法的难度就随之增高,因此利用便捷、快速的智能优化算法进行阵列天线研究已经越来越被人们所重视。本文通过对于GA算法,PSO算法等优化算法的学习,利用自然界中生物杂交的思想,将GA算法以及PSO算法相融合,充分利用这两种算法各自的优点,研发出一种适合于阵列天线优化问题的新型混合算法,该方法结合了两种寻优方法各自的优点,不仅令粒子的多样性得到提升,而且全局和局部搜索得到了平衡。与此同时,本文也研究与探讨了参数选择对混合算法的性能影响,以及不同算法间的比较。2.基于传统的方向图乘积原理,对对称振子阵和微带天线阵进行波束赋形的研究。本文通过阵列天线基本原理与优化算法的结合,对基本半波振子天线阵和微带天线阵进行研究,比较几种优化算法的优劣并实现余割平方波束赋形以及矩形波形赋形,其中矩形波束赋形实现在某一段辐射角度内,阵列天线增益变化较小,并且天线副瓣均低于-15dB,余割平方波束赋形则实现30°的余割平方赋形。最后比较两种阵列天线的区别,通过结果比较发现微带天线阵实用性更强,效果更好。3.设计优化结果精准的天线阵辐射方向图优化方法。传统的天线阵辐射方向图乘积法是不研究天线间互耦的,因此本文对该方法进行改进,对HFSS软件进行二次开发,设计出一种适用于阵列天线优化的程序模块,其中优化算法模块涵盖优化算法的所有程序;适应度函数模块包括适应度求解程序,可以利用HFSS计算的天线方向图获得每个备选解的适应度函数值;适应度求解模块形成VBS脚本文档,运行HFSS实施脚本文档计算相对应的天线阵仿真,并将最后的仿真方向图返回给适应度函数模块,最后利用该程序模块实现微带天线阵的三种波束赋形。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN820

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本文编号：2698922