[发明专利]一种考虑互耦效应的随机阵列天线方向图综合方法

权利要求书

1.一种考虑互耦效应的随机阵列天线方向图综合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据系统应用指标确定矩形天线阵列的阵元数目、阵元间距及单元天线材料，利用全波电磁仿真软件，建立M×N的二维矩形阵列天线模型，进行全波电磁仿真并导出全部天线单元的有源单元方向图；

(2)根据阵列方向图的指标要求，确定混合粒子群算法的优化目标函数；

(3)随机生成NP个粒子作为初始种群；种群的位置表示天线阵列幅相加权值分布，粒子速度值表示天线阵列幅相加权值的变化方向和大小；

(4)基于天线的有源单元方向图和混合粒子群算法产生的幅相加权值，生成天线阵列的远场方向图；根据步骤(2)的优化目标函数计算粒子相对应的适应度，并确定个体适应度的极值P_i^k和群体适应度的极值

(5)在每次迭代过程中，粒子通过个体极值P_i^k和群体极值更新自身的速度和位置，即

其中，w为惯性权重；i＝1,2,...,NP；k为当前迭代次数；为粒子位置；V_i^k为粒子速度；c₁和c₂为加速度因子；r₁和r₂是分布于[0,1]区间的随机数；

惯性权重w根据下式进行动态变化：

其中，w_start为初始惯性权重；w_end为迭代至最大次数时的惯性权重；k为当前迭代次数；k_max为最大迭代次数；

然后，粒子自身进行变异操作，采用保留优秀个体策略，对变异后新粒子适应度更优的个体进行保留；通过迭代在全局范围内搜索最佳的幅相加权值；

(6)根据最优幅相加权结果生成最终的天线阵列综合方向图，验证是否满足系统指标，若不满足指标要求则返回步骤(2)，重新修改优化目标函数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑互耦效应的随机阵列天线方向图综合方法，其特征在于，步骤(1)中，所述全波电磁仿真软件采用HFSS，端口激励源的设置及仿真结果的导出通过HFSS-MATLAB-API方式实现，以实现MATLAB和HFSS的联合仿真。

3.根据权利要求2所述的一种考虑互耦效应的随机阵列天线方向图综合方法，其特征在于，步骤(1)中，每个单元天线的有源单元方向图包括两个垂直极化方向(rE_theta,rE_phi)上的幅值和相位方向图。

4.根据权利要求3所述的一种考虑互耦效应的随机阵列天线方向图综合方法，其特征在于，步骤(4)中，天线阵列的远场方向图表示为：

其中，M和N分别对应X方向和Y方向上的阵元数量；k为波矢；I_m,n为幅度加权值，φ_m,n为圆极化旋转馈电相位及相位加权值；和包括有源单元方向图的幅度和相位；x_m为X方向上阵元位置，y_n为Y方向阵元位置；θ₀,φ₀分别为俯仰扫描角及方位扫描角；

将公式(6)计算得到的合成幅值方向图代入公式(7)，得到功率方向图：