《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于遺傳算法的小型高增益陣列天線設(shè)計(jì)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第3期
戴欣華1，蘇新彥1，姚金杰1，江潤(rùn)東1，唐 強(qiáng)2
1.中北大學(xué) 信息探測(cè)與處理山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051； 2.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安710065
摘要： 針對(duì)小型化毫米波雷達(dá)對(duì)大探測(cè)范圍及遠(yuǎn)距離探測(cè)的需求，提出了一種Ka波段串并聯(lián)混合饋電的微帶陣列天線。天線陣列采用模塊化設(shè)計(jì)，通過采用遺傳算法優(yōu)化調(diào)整子陣列的相對(duì)位置控制波束寬度及增益。仿真及加工實(shí)測(cè)得到天線在中心頻率36 GHz的E、H面波束寬度為28°、15°，最大增益15 dBi，測(cè)試與仿真結(jié)果基本符合，表明該天線陣列適用于小型毫米波雷達(dá)。
關(guān)鍵詞： 陣列天線 高增益 遺傳算法
中圖分類號(hào)： TN821
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200883
中文引用格式： 戴欣華，蘇新彥，姚金杰，等. 基于遺傳算法的小型高增益陣列天線設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(3)：102-105，110.
英文引用格式： Dai Xinhua，Su Xinyan，Yao Jinjie，et al. Design of small high-gain array antenna based on genetic algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(3)：102-105，110.
Design of small high-gain array antenna based on genetic algorithm
Dai Xinhua1，Su Xinyan1，Yao Jinjie1，Jiang Rundong1，Tang Qiang2
1.The Key Laboratory of Information Detection and Processing of Shanxi Province，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Xi′an Institute of Electromechanical Information Technology，Xi′an 710065，China
Abstract： Aiming at the needs of miniaturized millimeter wave radar for large detection range and long-distance detection, a Ka-band series-parallel hybrid-fed microstrip array antenna is proposed. The antenna array adopts a modular design, and the beam width and gain are controlled by using genetic algorithms to optimize and adjust the relative position of the sub-array. Simulation and processing measurements show that the E and H plane beam widths of the antenna at the center frequency of 36 GHz are 28°, 15°, and the maximum gain is 15 dBi. The test and simulation results are basically consistent, indicating that the antenna array is suitable for small millimeter wave radars.
Key words : array antenna；high gain；genetic algorithm

0 引言

    小型毫米波雷達(dá)在單兵雷達(dá)[1]、汽車防撞[2]、探測(cè)制導(dǎo)[3]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而在此類應(yīng)用中一個(gè)非常突出的問題是如何在狹小的安裝空間內(nèi)同時(shí)滿足大探測(cè)范圍和足夠遠(yuǎn)的探測(cè)距離，對(duì)應(yīng)天線的特性為高增益和寬波束寬度。因此設(shè)計(jì)滿足高增益和寬波束寬度需求的陣列天線具有相當(dāng)大的實(shí)際意義和工程價(jià)值。

    文獻(xiàn)[4]提出的一種四元并聯(lián)饋電雙天線陣，采用傳統(tǒng)并聯(lián)饋電設(shè)計(jì)陣列增益不足[4]；文獻(xiàn)[1]、[2]中的串并聯(lián)混合饋電設(shè)計(jì)都采用矩形柵格矩形邊界陣，存在口徑效率不足這個(gè)問題。文獻(xiàn)[5]采用加載寄生元件方法擴(kuò)展了波束寬度，但當(dāng)頻率上升到Ka波段時(shí)對(duì)加工精度的要求過于苛刻[5]。提高增益的最直接做法是增加陣元數(shù)目，而增加陣元數(shù)目會(huì)降低波束寬度，因此在陣列天線設(shè)計(jì)過程中引入智能優(yōu)化算法對(duì)陣列的性能進(jìn)行優(yōu)化十分必要。以遺傳算法為例，通常做法是將陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)[6]、幅相分布[7]、相對(duì)位置[8-9]等作為優(yōu)化變量，選取合適的選擇、交叉、變異算子及策略獲得滿足設(shè)計(jì)需求的陣列天線。在對(duì)文獻(xiàn)[6]～文獻(xiàn)[9]研究的基礎(chǔ)上可知，工程實(shí)踐中對(duì)遺傳算法優(yōu)化天線的具體方案不能以一概全，要根據(jù)具體情況采取最合適的設(shè)計(jì)方案。

    本文開展了將遺傳算法應(yīng)用在天線優(yōu)化中的研究并提出了一種運(yùn)用于小型毫米波雷達(dá)前端的微帶陣列天線，天線陣列采用串并聯(lián)混合的饋電方式，通過遺傳算法優(yōu)化正交傳輸線的長(zhǎng)度控制子陣列的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)指定載體上小型化微帶陣列天線高增益和寬波束寬度目標(biāo)。




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作者信息：

戴欣華1，蘇新彥1，姚金杰1，江潤(rùn)東1，唐  強(qiáng)2

(1.中北大學(xué) 信息探測(cè)與處理山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051；

2.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安710065)

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