圆柱相控阵天线设计：功率分级与极化控制技术

摘要：本文针对共形相控阵天线的特殊需求，提出了一种创新的圆柱阵列天线设计策略。该天线设计采用了两种极化正交的线极化单元，并在阵列中交替布置，旨在实现功率分级和极化快速转换。由于天线单元只能通过开启或关闭来调整幅度，研究者提出了基于天线单元有效辐射功率排序的功率分级方法。同时，为了降低副瓣水平和交叉极化，他们运用了多目标粒子群优化算法进行优化。 关键词：阵列天线、极化控制、功率分级、多目标粒子群优化 这篇论文详细探讨了圆柱相控阵天线的设计与优化，主要关注两个关键特性：功率分级和极化控制。在现代通信系统中，相控阵天线因其波束形成灵活、指向性强等特点被广泛应用。对于共形相控阵，天线需要适应非平面表面，因此对功率控制和极化转换有着特殊要求。 文中提到的圆柱阵列天线设计，采用了两种相互正交的线极化单元，这种设计可以提供灵活的极化控制，使得天线能够在不同极化方向上发射和接收信号。阵列中单元的交替布局进一步增强了这种控制能力。 功率分级是控制天线辐射能量的关键技术。由于每个天线单元只能开启或关闭，研究者提出了一种基于有效辐射功率排序的策略，通过调整不同单元的开关状态，实现天线辐射功率的分层次分布。这种方法允许天线在不增加硬件复杂性的前提下，根据需要调整发射功率，从而达到节省能源和提高通信效率的目的。 同时，为了抑制副瓣和交叉极化，论文采用了多目标粒子群优化算法。这是一种基于生物群体行为的优化方法，能够搜索多维空间中的最优解。在天线设计中，该算法用于最小化副瓣电平，以减少不必要的干扰，以及降低交叉极化，以提高信号的纯度和选择性。 仿真结果显示，采用双天线单元类型的圆柱阵列天线成功实现了功率分级，确保了在期望方向上的指定极化方向达到最大功率辐射。此外，天线的副瓣电平和交叉极化得到了显著降低，这意味着天线性能得到了显著提升，更适合于需要高精度和低干扰的通信环境。 这篇论文提出的圆柱相控阵天线设计方法结合了功率分级和极化控制的优势，利用粒子群优化算法解决了传统相控阵在这些方面的问题，为共形相控阵天线的发展提供了新的思路和技术支持。