(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111532254.4 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 顾鹏飞　陈如山　丁大志　樊振宏　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 代理人 陈鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) (54)发明名称 一种不等间距紧耦合阵列天线 优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种不等间距紧耦合阵列天 线优化方法， 该方法引入阵列稀疏性技术， 通过 调整边缘辐射壁的宽度来优化紧耦合阵元的分 布； 辐射壁的宽度通过在阵元之间加入金属连接 板来改变， 采用尽可能少的天线单元来实现阵列 需要满足的性能指标。 本发明方法通过调整边缘 辐射壁的宽度来优化紧耦合阵元的分布， 与同等 口径满阵相比， 本发明增益的损失小， 减少了阵 元个数， 从而简化馈电网络， 节省加工成本； 同等 阵元数的条件下， 与等间距相比， 可以降低 峰值 旁瓣电平、 提高增益， 改善驻波。 权利要求书4页 说明书7页 附图4页 CN 114330112 A 2022.04.12 CN 114330112 A 1.一种不 等间距紧耦合阵列天线优化方法， 包 含如下步骤： 步骤1， 建立Vivaldi天线模型和连接 板模型， 并输出 单元的网格信息； 步骤2， 产生初始种群， 随机生成一组数字， 表示连接 板的宽度； 步骤3， 阵元划分， 建立缓冲区， 提取 特征模式， 建立模式数据库； 步骤4， 计算 适应度值， 采用特 征模全域基函数的方法对目标的阻抗矩阵维度缩 减； 步骤5， 根据适应度值的好坏进行选择、 交叉和变异操作， 产生 新的种群； 步骤6， 基于 MPI的遗传算法并行 策略， 按照种群并行。 2.根据权利要求1所述的不等间距紧耦合阵列天线优化方法， 其特征在于： 步骤1所述 建立Vivaldi天线模 型和连接板模 型， 并输出单元的网格信息， 是指利用FEKO仿真软件进行 建模， 并将其表面用三角形网格剖分。 3.根据权利要求1所述的不等间距紧耦合阵列天线优化方法， 其特征在于： 步骤2所述 产生初始种群， 随机生成一组数字， 表示连接 板的宽度， 具体如下： 设置好遗传算法中基因数、 种群数、 进化代数； 其中， 基因是表示优化的阵列天线之间 连接板的个数， 种群是指组成多少种阵列 天线； 随机生成一组数字， 在0.1到0.9之间， 选取 10种连接板的宽度， 宽度取为[0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0,2.4,2.8,3.2,3.6]， 单位为mm， 则 通过如下公式将0.1到 0.9之间的数对应到相应的连接 板宽度： 当生成的随机数处于[0.1+0x(0.8/10),0.1+1x(0.8/10) )， 对应到 0； 当生成的随机数处于[0.1+1x(0.8/10),0.1+2x(0.8/10) )， 对应到 0.4； 当生成的随机数处于[0.1+2x(0.8/10),0.1+3x(0.8/10) )， 对应到 0.8； 依次类推， 使得0.1到 0.9之间的随机数对应到连接 板的宽度， 且具有同等 概率。 4.根据权利要求1所述的不等间距紧耦合阵列天线优化方法， 其特征在于： 步骤3所述 阵元划分， 建立缓冲区， 提取 特征模式， 具体如下： 步骤1.1： 阵元划分； 采用连接板和天线组合， 作为单独的阵元的方案； 对10个紧耦合天线单元， 组合完之后 一共有10个各不相同的天线 单元； 最左侧的单元指最左侧连接板和与之相邻的天线 单元以 及右侧连接板组合成的新的单元， 中间单元和最右侧单元指剩下的天线 单元以及与之相 邻 的右侧连接板组合成的新的单元； 此时， 位置关系有10 ×10种， 即： 每个阵元都需要与 10个 阵元作用； 提取模式时， 考虑最左边单元、 中间单元和最右 边单元， 对于最左边单元， 只有右 侧连接板在变化所以需要提取10种模式， 对于中间单元， 与之相邻的左侧和右侧连接板均 有10种情况， 但只有右侧连接板属于本阵元， 因此， 提取10种模式， 同理， 对于最右侧的单 元， 需要提取10种模式； 每 个频点一共需要提取3 0种模式； 步骤1.2， 辐射问题缓冲区的建立； 假设有N种连接板的宽度； 将最大宽度设为一个天线单元的宽度； 将阵列两端固定为单 元的宽度， 缓冲区大小取为0.4 λ； 提取Vivaldi阵列 最左侧单元的特征模式， 缓冲区沿着与之相邻的右侧方向扩充， 连接 板的宽度有N种， 因此， 提取N种模式； 对vivaldi阵列最右侧单元提取模式， 缓冲区沿着与之 相邻的左侧方向扩展， 由于存在N种 连接板的宽度， 因此， 需要提取N种特征模式； 处于阵列 中间的单元， 由于左右两侧都存在其它天线单元， 因此， 对其提取模式， 缓冲区需要沿着左 右两侧扩展， 由于左右两侧连接板的宽度都在随机改变， 而右侧连接板属于本阵元， 左侧连权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114330112 A 2接板位于缓冲区内， 因此， 将位于缓冲区内的连接板宽度近似为最大连接板宽度的一半， 改 变右侧连接 板的宽度， 因此， 也只需要提取N种特 征模式； 步骤1.3， 提取模式； 对于纯金属结构， 矩量法生成的阻抗可以表示成： Z＝R+jX                            (1) 其中， Z表示阻抗矩阵， R表示阻抗矩阵的实部， X表示阻抗矩阵的虚部； R和X都是实对称 Hermitian 算子， 可定义 为： 其中， Z*为Z的共轭矩阵； 求 解阻抗矩阵的广义本征 方程可以得到特 征模式： Z(Jn)＝vnM(Jn)                           (4) 其中， n代表第n个特征模式， vn表示第n个特征值， Jn为所求解得到的第n个特征值的特 征向量； M称为权 重算子， 选择M＝R； 式(4)可以写成： (R+jX)(Jn)＝vnR(Jn)                      (5) 将vn＝1+j λn代入上式， 其中λn表示第n个实数 特征值， 则可以得到 本征值方程： X(Jn)＝ λnR(Jn)                          (6) 求解(6)就可以得到所要分析目标的特 征电流； 对于包含缓冲区的辐射问题， 假 设第i个阵元， 包含缓冲区之后， 未知量增加为 矩量 法生成的阻抗矩阵扩充为 式(6)写成： 其中， 扩充之后的阻抗矩阵 的实部为 虚部为 和 分别为第i种扩展单元 第n个模式的特征值和特征向量； 求解完成之后将缓冲区的电流舍弃， 即可得到待求目标的 模式电流； 步骤1.4， 构造源 模以及源 模复用； 在求得特征模式基础上， 引入残差模即源模， 组成一组新的特征模式， 对阻抗矩阵降 阶； 源模由下式(8)求得： 其中， Jsm是残差模， Jexact是矩量法得到的标准电流， 表示K项截断线性组合特征 模式， αn表示第n个特 征电流对应的系数； 式(8)中的Jexact是矩量法的标准电流， 可以表示 为阻抗矩阵的逆与右边向量V的乘积： Jexact＝Z‑1V                          (9) 因此， 式(8)可以写成：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114330112 A 3