稀布天线阵近场波束赋形研究

发布时间：2020-07-07 14:04

【摘要】：天线一般工作在辐射远场区。然而对于某些特定应用场景,如无线能量传输系统、医学微波热疗、射频识别、近场高速无线通信系统等,需要将辐射的电磁能量聚集在辐射近场区的某一特定位置的该天线被称为近场天线。为提高近场能量汇聚的效果,例如希望辐射近场区的波束更小、有较低的峰值副瓣电平,能在近场区产生复杂形状的波束等更优的近场辐射特性调控性能,近场天线阵列需要有很大的调控度,这会导致阵列的口径增大。在阵元间距一定的情况下,增大阵列口径大小最直接的方法是设置更多的天线单元,但此时天线馈电网络的设计难度和成本会大大上升。若通过增大阵元的间距来减少天线单元的数目,会导致产生近场栅瓣,致使近场波束的性能恶化。同时,对近场方向图的调控因近场阵因子的非线性变得更加困难,这导致传统的远场阵列综合方法失效。因此,针对近场天线阵列的阵列综合方法的研究有着很大的研究价值与广泛的应用前景。本文对近场波束赋形和近场稀疏天线阵列综合展开了研究,体现为以下几方面:1.为了解决近场阵列天线波束赋形方法无法有效控制波束形状和副瓣电平的问题,本文提出一种基于方向图叠加和凸优化的算法。该算法在近场区域具有产生任意有轮廓形状、副瓣电平可准确控制的近场波束的能力。同时又针对特定的贝塞尔波束的生成方法进行了研究与对比。2.本文提出一种基于贝叶斯压缩感知理论与凸优化的近场稀布天线阵列赋形算法。首先通过引入多任务贝叶斯压缩感知,针对主极化分量,实现了可生成所需要近场方向图的稀布阵列综合;接着通过限制天线单元最小间距的后处理保证了阵列可实现性;借助凸优化重新计算得到合适的阵列激励减轻了由于后处理导致的方向图恶化;最后对该方法进行了拓展,解决了近场多波束的稀布综合问题。与传统等间距布阵的阵列相比,多组仿真实验证明了本文提出的方法能大幅减少天线单元数目。3.针对上述现有的近场稀布天线阵列优化算法无法准确控制辐射近场区方向图的副瓣电平,以及会出现焦点位置偏移的问题,本文提出了一种基于l_1范数最小化优化算法。在本算法中,近场稀布问题首先改写为l_1范数正则化的形式;为了精确得控制焦点距离和峰值副瓣电平,提出了近场聚焦问题的约束条件;最后通过引入对求解空间的新的采样策略,保证了近场波束可以在求解空间内受到算法的约束。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN822
【图文】：

场区波束赋形研究现状定应用场景，如无线能量传输、微波医学热疗、R统等，这种辐射的电磁能量聚集在辐射近场区的场天线阵，主要分为近场点聚焦天线阵、近场波束的天线阵三种。聚焦天线阵场方向图综合方法相比，用于在辐射近场区的波束多数都针对点聚焦进行研究。其主要原理是通过，对空间特点位置形成能量的同相叠加，最终实 Karimkashi 和 A. Kishk 发表了一款工作在 10 GHz阵列，如图 1-1 所示，该天线基于远场的多普勒削[9]，实现了目标近场副瓣电平的微带近场聚焦天76 mm×76 mm，在 10 GHz 时设定的焦距为 62 mm dB，3 dB 波束宽度为 25 mm。但单元间距的选择是的预测并不准确。

第一章 绪论，L. Shan 和 W. Geyi 等人基于系统收发效率最大化论的端口效率最优化算法，并设计实现了一款工作在贴片天线，最终实物如图 1-2 所示。该天线的尺寸为Hz 时焦距为 150 mm，3 dB 波束宽度约为 25 mm。行优化，最后的阵列拓扑不会是最优解。

2.45 GHz 时焦距为 150 mm，3 dB 波束宽度约为 25 mm。但其是基拓扑进行优化，最后的阵列拓扑不会是最优解。图 1-2 能量传输效率最大化近场天线阵列

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 曾伟一;梁颖;黄伟;;基于迭代FFT算法的平面稀疏阵列优化方法[J];电讯技术;2011年11期

2 王玲玲,方大纲;运用遗传算法综合稀疏阵列[J];电子学报;2003年S1期

相关博士学位论文 前2条

1 张彪;太赫兹雷达成像算法研究[D];电子科技大学;2015年

2 谭伟;矩阵束分解算法及在通信信号处理中的应用[D];重庆大学;2009年

相关硕士学位论文 前1条

1 郑美燕;基于矩阵束方法的天线阵列优化[D];电子科技大学;2013年

本文编号：2745204