3。1 天线方向图综合/赋形综述 21

3。2 平顶波形理论与设计 23

3。3 平顶波形的实现 25

4 后续工作 29

结 论 30

致 谢 31

参 考 文 献 32

附录 A 34

第 II 页 本科毕业设计说明书

本科毕业设计说明书 第 1  页

1 绪论

1。1 背景阐述

1873 年麦克斯韦结合前人经验并提出位移电流假说，整合出电磁学集大成的麦克斯韦方 程组，并从理论上预言电磁波的存在。随后德国物理学家赫兹通过实验证明了电磁波的存在， 从此奠定了无线通信的理论基础。在电磁波谱上，波长 1mm 至 1m 波段，即频率 300MHz 至 300GHz 为微波波段，可用于雷达、卫星、通信等领域。其中，26。5GHz 至 40GHz 频段被定 名为 Ka 波段，意为高于 K 波段（18。0GHz 至 26。5GHz）[1]。论文网

在无线领域，天线一直是不可或缺的部分。随着无线通信技术的发展，人们对天线性能 的要求越来越高，对天线研究热情也越来越高涨。自第二次世界大战期间雷达的发明与成功 应用以来，天线逐渐成为了研究热点，并随之形成了各种成熟的天线设计理论、方法。计算 机问世之后，EDA  软件的成熟也为天线工作者计算天线参数、设计天线提供了便捷的工具。

天线作为无线通信系统中重要的前端器件之一，其系统中包含有电磁波能量的发送与接 收。对天线而言，其主要有两个方面的作用[2]：第一是将发射机输出的高频电流能量转换成 电磁波辐射出去，第二是空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机，即发射与接收。为 此，在天线的设计中必须要求其有良好的方向性，提高能量转换效率，否则将阻碍整个无线 通信系统功能的实现。

缝隙天线是在波导或空谐振腔上开出一个或数个缝隙以辐射或接收电磁波[3]，最基本的 缝隙天线是由开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙构成的，因其切断波导上的壁电流而引起辐 射。在波导壁上开出有规律性的缝隙形成缝隙天线阵可以增强其方向性。

一般来说，单个天线所能完成的功能比较有限，并且不能满足特定的方向要求[4]。比如 对卫星天线而言，单个全向性天线的增益较不高，这会影响整个接收机的性能，且单个天线 很容易被干扰[5]。而由一个个单元天线组成的天线阵列能够达到较高的增益，同时根据方向 图乘积定理能够实现灵活可控的方向图，这些优点使得阵列天线的应用十分广泛。阵列天线 指不少于两个天线单元有规律或随机排列而形成的天线，它能够通过特定的幅度与相位激励 获得特定的辐射特性，比如可以快速地实现可重构波束、扫描波束等等。

随着深空探测技术的发展，以波导天线阵列为代表的大型波导天线阵列无法应用于卫星 领域，于是微带贴片天线阵列应运而生。但问题在于，大型的微带贴片天线阵列需要复杂的 馈电网络，若使用子阵列分割思想，就需要对子阵列进行波束赋形，例如二维平面阵列的平 顶波束赋形。所谓波束赋形，即采用特定的算法计算阵列天线各个阵元的幅度和相位权值，以实现所 需的阵列天线方向图。综合来看，波束赋形技术的研究主要集中在算法的研究上，根据特定 的性能要求对主瓣、副瓣的电平（功率）进行处理，实现所需方向图。波束赋形和阵列综合 有大同小异，即根据给定的天线指标或波束形状求解阵列天线的激励幅度、相位、单元间距 等参数。早期提出的天线阵列方向图综合方法都是针对某一个特定问题，比如在线阵基础上 实现切比雪夫方向图[6]等等，但在很多情况下传统的扇形波瓣并不能适应现代要求，例如对 于卫星而言 ios-flus 波束能保证在地球表面卫星覆盖区域内卫星信号强度基本相同[7]。以遗传 算法（GA）与粒子群优化算法（PSO）为代表的智能随机算法为波束赋形研究提供了不少思 路和方法[8]。虽然这两种优化算法应用广泛，但在电磁学领域中容易陷入局部最优的困境， 且随着迭代次数的增加，优化时间消耗巨大，难以适应与日俱增的研究需求，不过采用算法 结合的方法可以在一定程度上提高算法的全局搜索性。