大型宽带平面阵列天线的优化模型及其优化方法研究

With the rapid development of modern wireless communication technology, the need for large wideband antenna arrays has been become more and more demand. However，in mathematics, the problem of wideband planar array designs is formulated as a complex multiobjective semi-infinite optimization problem. Therefore both optimization model and solving for this problem are very complex. This program is mainly on constructing reasonable optimization models and designing effective optimization algorithms for large wideband planar antenna arrays. Through this project, the results improve the theoretical basis for the practical engineering applications.

随着无线通信技术的快速发展，对大型宽带平面阵列天线的需求越来越多。然而数学上，宽带平面阵列天线的优化设计是一个复杂的多目标半无穷非线性优化问题，对其求解非常困难。本项目拟对大型宽带平面阵列的优化建模及其优化设计方法开展研究。其主要研究内容包括：大型宽带阵列天线的优化建模；快速求解模型的优化算法的设计；大型宽带非均匀阵列天线的互耦分析。通过本项目的研究，为大型宽带平面阵列天线的工程实现奠定技术基础。

本项目研究大型宽带阵列天线优化建模及其优化算法。首先，采用约束单目标差分进化算法优化设计了大型宽带平面圆环阵，通过优化圆环半径和每个圆环上阵元间距实现阵列的宽带工作和低副瓣扫描。为了解决多目标阵列优化设计，以阵列方向性系数、副瓣电平和总的阵元数为设计目标，提出多目标差分进化算法，采用该算法对平面圆环阵列进行了多目标优化设计。与著名的NSGA-II算法相比，提出的多目标差分进化算法能够得到更好的设计结果。为了组阵需要，提出了一款宽带圆极化天线单元，该单元具有较宽的圆极化带宽。其次，在迭代傅里叶算法的基础上，提出一种改进迭代傅里叶算法来解决大规模稀疏平面阵优化设计问题。采用该算法综合大型稀疏平面阵时，在阵列的填充因子高于40%的情况下，所得阵列的旁瓣电平比IFT算法的结果低0.9~8.6dB，且方向图的主瓣波束宽度几乎不变。最后，采用差分进化算法与强互耦技术结合设计了大型宽带双极化阵列天线。此外，为了解决多波束天线系统连接关系优化设计问题，提出了一种排列组合差分进化算法。针对可重构相控阵天线设计问题，提出了一种分解的多目标入侵杂草优化算法。.本项目提出了大型宽带阵列天线优化设计的方法和思路，具有重要的理论意义和实用价值，将为大型宽带阵列天线的工程实现提供重要的技术支撑。