宽带宽角扫描大规模不均匀紧耦合阵列快速分析与子阵优化技术

基本信息
批准号:62001228
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:16.00
负责人:顾鹏飞
学科分类:
依托单位:南京理工大学
批准年份:2020
结题年份:2022
起止时间:2021-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
天线阵综合天线阵分析子阵优化阵列布局不均匀紧耦合
结项摘要

Innovative research is studied to solve the scientific problems and overcome challenges in the analysis and optimization of large-scale wideband tightly coupled arrays. A concept of innovative design and optimization of nonuniform distributed tightly coupled array is presented. The research of efficient analysis method of large-scale nonuniform tightly coupled array electromagnetic characteristics based on characteristic mode is studied to overcome the breakdown of extremely fine mesh of multiscale array, large memory consumption and low computing efficiency, which aims to develop the advanced platform of broadband solution with high efficient numerical method. The approach is proposed to effectively deal with the conditions of close connection between tightly coupled elements, metal medium mixing, the influence of carrier platform and so on. The research studies the optimization algorithm based on space mapping, which establishes the mapping relation of coarse model and fine model. The optimizing procedure is performed with the low-precision model and the fine model is used for verification and modification. Establish the response between coarse and fine model and the update optimization mechanism. Finally, an efficient approach is presented for the design of wideband and wide angle scanning nonuniform tightly coupled array with the consideration of array coupling and nonuniform distribution of tightly coupled array elements with different sizes on array performances, which contributes to the great improvement of optimizing efficiency and engineering credibility of optimizing results. For the engineering application demand of low cost and high-performance antenna arrays, a low cost subarrayed array hierarchical design and fast layout optimization of large-scale arrays. Firstly, the irregular subarray is exploited to design the layout of nonuniform tightly coupled array modules. Moreover, considering different shapes of carrier platforms, the optimizing design research is done to realize the fast layout and optimization of large-scale tightly-coupled antenna arrays based on the subarray module in wideband and wide angel scanning.

针对宽带大规模紧耦合阵列高效分析与快速优化中存在的科学问题和挑战进行创新研究,提出不均匀排布紧耦合阵列创新设计与优化概念。首先开展基于特征模理论的宽带大规模不均匀紧耦合阵列电磁特性高效分析方法研究,实现对阵元间紧密连接、金属介质混合、载体平台影响等分析难题的有效处理,突破大规模求解内存消耗大和计算效率低难收敛等问题带来的技术难题;研究基于空间映射的优化算法,建立低、高精度计算模型映射关系,采用低精度模型优化,高精度模型验证与修正,考虑阵元间互耦和不同大小紧耦合阵元不均匀分布对阵列性能影响,实现宽带宽角扫描不均匀紧耦合阵列优化设计,提高优化效率和结果的工程可信性。针对低成本高性能阵列工程应用需求,构建子阵分层设计及大规模阵列快速布局与优化方法,先对宽带不均匀紧耦合阵列模块开展子阵布局优化研究,再考虑不同应用场景平台,实现基于子阵模块的宽带宽角扫描大规模紧耦合阵列快速布局与性能优化设计研究。

项目摘要

针对宽带大规模紧耦合阵列高效分析与快速优化中存在的科学问题和挑战进行创新研究,提出不均匀排布紧耦合阵列创新设计与优化概念。首先开展基于特征模理论的宽带大规模不均匀紧耦合阵列电磁特性高效分析方法研究,实现对阵元间紧密连接、金属介质混合、载体平台影响等分析难题的有效处理,突破大规模求解内存消耗大和计算效率低难收敛等问题带来的技术难题;研究基于空间映射的优化算法,建立低、高精度计算模型映射关系,采用低精度模型优化,高精度模型验证与修正,考虑阵元间互耦和不同大小紧耦合阵元不均匀分布对阵列性能影响,实现宽带宽角扫描不均匀紧耦合阵列优化设计,提高优化效率和结果的工程可信性。针对低成本高性能阵列工程应用需求,构建子阵分层设计及大规模阵列快速布局与优化方法,先对宽带不均匀紧耦合阵列模块开展子阵布局优化研究,再考虑不同应用场景平台,实现基于子阵模块的宽带宽角扫描大规模紧耦合阵列快速布局与性能优化设计研究。本项目实施过程中,在IEEE Transactions等国际期刊和本领域重要的国际会议上发表(含已录用)论文26篇,其中在国际期刊(如TAP, AWPL等)发表论文7篇,另有2篇大修,1篇审稿中;在国内外主流会议 (ACES、ICMMT等)上发表(含录用)论文16篇。申请发明专利9项(第1发明人7项)。相关博士论文入选2021年度中国电子学会优秀博士学位论文。参加国际会议和做大会报告4次,其中特邀报告1次;参加2021年全国天线年会,所指导参会学生的论文《一种基于电阻超表面的超宽带紧耦合天线》入选“2021年全国天线年会优秀学生论文” 竞赛24篇候选论文名单;参加2022年ICMMT国际会议,所指导参会学生的论文“A Reconfigurable Dielectric Reflector Array Antenna with Beam Forming function”获得大会最佳学生论文荣誉奖;参加2022年ACES国际会议,本人获得大会颁布的青年科学家奖。项目组通过积极参与相关领域主流国际会议、邀请国外专家访问等方式,与国外同行进行了深入的学术交流与合作。指导学生设计的超宽带低剖面紧耦合Vivaldi天线获得2021年第十七届全国“挑战杯”竞赛“揭榜挂帅”专项赛“超宽带曲面阵列”特等奖,并在2022年举办的“擂台赛”中荣获擂主。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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