C波段微带阵列天线的设计分析

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标函数值越小，则找出解的优化质量越高。通过表１中的测试
结果可以看出，粒子群算法找出的解无论是最好解或是解的平
均值都是最好的，因此，粒子群算法找出解的优化质量最高。
３．２．２
算法收敛速度比较
收敛速度是评价一种算法性能的重要方面，通常以收敛到
最优解的迭代代数为标准进行比较。通过表１可以看出，在同
一规模测试问题上几种算法收敛到最优解的迭代次数相差很
其中，Ｒ。一（１２０如＾Ｑ）／（￡，ＬＷ），Ｑ为计入全部损耗后的品
Ｑ一『面‰＋去√去＋ｔａｎｓ］‘㈣ 质因素，当矩形微带贴片天线工作在ＴＭ。，主模时，其Ｑ值
为：
其中，Ｈ。一以，一１＾／ｋ，以为电导率，ｔａ时为损耗角正切，
Ｇｒ为矩形贴片的辐射电导。 由（５）式可知微带天线的输入阻抗随开口槽的深度Ｌ。ｈ
ＩＧ—Ｌ＋Ｏ．２Ａ。
（９）
２ Ｃ波段阵列天线设计结果
介质板相对介电常数ｅ，＝２．５５、厚度矗一１．５７ ｍｍ，天线 中心工作频率５．３ ＧＨｚ，由式（１）～式（４）可得矩形微带贴 片的宽度和长度分别为ｗ７＝２１．２５ ｍｍ、Ｌ７—１６．４２ ｍｍ，利 用Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳＳ仿真软件对该模型优化处理得ｗ一１９．１５ ｍｍ、Ｌ＝１６．８４ ｍｍ。如果５０ Ｑ的传输线直接和贴片相连，则 会由于传输线太宽，而影响分布，这里取ＷⅢ一ｏ．７ｍｍ（特 性阻抗为１２５Ｑ）的传输线与微带贴片相连，最后利用阻抗变 换器将传输线的特性阻抗转换为５０ Ｑ与电源相连。利用式 （５）求解该天线的输入阻抗，代入式（７）得到矩形开口槽的 深度Ｌｍ。一２．８ ｍｍ，宽度取Ｉ玑ｌｏ。＝５．５ ｍｍ。
图５ ４×４微带阵列天线仿真方向图 （下转第７８５页）
万方数据
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ＣｈｌｎａｍＣａ．ＣＯｍ
第６期
罗景峰，等：智能算法在全终端网络可靠性优化设计中的应用
·７８５·
三组问题所对应解的搜索空间分别为２”、２“、２”５，这样就
虽然粒子群算法在对全终端网络可靠性优化设计阔题的求
使得算法的测试跨越了不同的搜索空问，保证了算法测试的普 解过程中，能得到较其它几种智能优化算法更为满意的结果，
依据阵列天线设计原理和波瓣宽度和副瓣电平的设计要
求，取阵列天线两贴片之间的水平和竖直间距为３６ ｍｍ。模型 如图２、图３所示。
图２ ｃ波段阵列天线实物模型图３ ４×４微带阵列天线仿真模型
３仿真与测试
图４与图５是工作在５．：３ ＧＨｚ中心频率的２×４和４×４矩 形单元ＨＦＳＳ的仿真方向图。从图上可以得出：阵列天线的主 瓣宽度随着阵列单元数目的增加而变窄，与阵列天线波瓣宽度 和阵列长度Ｌ成反比的理论相一致；阵列天线的最大辐射增 益随着阵列单元数目的增多而变大；由于微带馈线影响，阵列 天线方向图并不完全关于主瓣最大值对称。
（７）
将馈电点设置在这个位置就会得到微带天线和微带馈线的良好 匹配。
由于开口槽的宽度Ⅳ一对微带天线的阻抗影响不是太大， 所以Ｗ。，。。取大于微带线宽度的某一值即可。
１．４介质基板的长度和宽度
微带贴片天线辐射的口径场集中在辐射边附近很小的区域
内，通常取介质板的宽度为：
ＷＧ—Ｗ＋Ｏ．２Ａｏ
（８）
对于利用同轴线底馈的情况，介质板的长度为：
的增大而减小，而式（５）中的Ｒ。一般位于１００～３００ Ｑ之间， 为了让微带天线和特性阻抗为５０ Ｑ的微带馈线相匹配，Ｌ。。 不能等于零，即必须将馈电点向微带贴片的中心移动。 １．３．２矩形微带天线开口槽的深度和宽度
将Ｒ。。一五（微带线特性阻抗五）带入（５）式就可以算 出开口槽深度：
Ｌｍ？一ａｒｃｃｏｓ（￣／ｚｆ／Ｒ。）兰
０ 引言
宽频带技术是微带天线研究的一个重要方向，而采用微带 阵列实现飞行器天线的孔径复用功能可以减少飞行器天线的数 目，对提高飞行器的隐身性能、机动性能等都具有非常重要的 现实意义。本文在对微带天线的设计和馈电网络等相关问题研 究的基础上，设计了一个工作在Ｃ波段的微带阵列天线，并 进行实物制作加工、暗室测试以及ＨＦｓＳ仿真模拟。其设计指 标如下：
关键词：微带天线；阵列；矩形贴片
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃ——ｂａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙｓ’ ｓ Ｄｅｓｉｇｎ
Ｚｈａｏ Ｊｕｎｃａｎｇ，Ｈｏｕ Ｈｏｎｇｗｅｉ， Ｚｈａｎｇ Ｊｕｎ， Ｌｕｏ Ｇｕａｎ西ｕｎ
（ＰＬＡ，９３８６１ Ｔｒｏｏｐｓ，Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ａｉｒｃｒａｆｔ ｉｎ ｓｔｅａｌｔｈ ａｎｄ ｍｏｖｅ ｆｏｒ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｉｎ ａｉｒｃｒａｆｔ．Ｉｈｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ， ｔｈｅ ｃ—ｂａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｑｕｏｔａ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ３Ｄ ｅＩｅｃｔｒｏ— ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎａｌｙｓｉｓ（Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳＳ） ，ｔｈｅ ｃ—ｂａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔ“ｐ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｂｊｅｃｔ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｍａｄｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｅｃｈｏｉｃ ｃｈａｍｂｅｒ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃ—ｂａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎ— ｎａ ａｒｒａｙ ｉｓ ｗｅｌｌ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐａ“ｓｏｎ ｗｉｔｈ ＨＦＳＳ’ｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｄ ｈａｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｖａｌｕｅ． １【ｅｙ ｗｏｌ。ｄｓ：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ； ａｒｒａｙ； ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐａｔｃｈ
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图１矩形微带贴片天线模型
第６期
赵军仓，等：Ｃ波段微带阵列天线的设计分析
·７８１·
Ａ，／２中减去２△Ｌ，即：
Ｌ一婪一２△Ｌ一——≮一２△Ｌ
（４）
２
２ｆｎ、，ｅ。
１．３矩形微带天线开口槽深度和宽度
由于微带天线的输入阻抗和微带馈电线的特性阻点向微带天
［５］王翦瑞．图论［Ｍ］．ｊＥ京；北京理工大学出版社，２００１‘ ［６］Ｐｏｌｉｔｏｆ Ｔ，ｓａｔｙａｎａｒａｙａｎａ Ａ． Ａ ｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ
ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｌａｎａｒ ｃｕｂｅ ｆｒｅｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ Ｒｅｌｉ—
［２］郭彤城，慕春橡．并行遗传算法在一类计算机网络可靠性优化问 题中的应用［Ｊ］．系统工程理论与实践，２００３，（１）：３１—３６．
［３］郭伟，邬燕萍．通信网可靠性的评估及其优化设计［Ｊ］．系统 工程理论与实践，１９９８，（１１）：４６—５２．
［４］刘 强，李积源．基于遗传算法的通信网络可靠性优化设计［Ｊ］． 海军工程大学学报，２００１，１３（６）：１０２～１０６．
遍性。
但该优化算法仍存在许多不足，如求解时耗费ＣＰｕ时间长，
对于每个测试问题的４种算法通过计算机均进行１０次随 算法中参数选取困难，如何进一步避免早熟收敛等。针对粒子
机测试，并令链路可靠ｐ—ｏ．９，各链路成本（单位：元）为 群算法的上述几点不足，可以将其它策略或局部算法引入粒子
在［１，ｌｏｏ］之间随机产生的整数，要求Ｒ。一Ｏ．９５，获得测 群算法中，进行融合设计，这将是下一步的研究工作。
文章编号：１６７１—４５９８（２００７ Ｊ０６一０７８０—０２
中图分类号：ＴＮ８２ｌ
文献标识码：Ａ
Ｃ波段微带阵列天线的设计分析
赵军仓，侯宏伟，张 俊，罗广军
（中国人民解放军９３８６１部队，陕西三原７１３８００）
摘要：微带阵列天线的使用对飞机的隐身性能、机动性能等都具有非常重要的现实意义，在分析矩形微带天线设计原理的基础上， 依据指标设计要求，完成了一个ｃ频段微带天线阵的设计；同时，利用三维电磁场仿真软件（Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳｓ）进行了仿真，并对其设计 的参数进行了优化；在此基础上，通过实物加工，暗室实测，以及与ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ仿真结果进行比较，达到了ｃ频段微带天线阵设计的 目的，具有一定的实用工程价值。
试结果列于表１。图３为Ｎ一５且各链路成本随机取为（７，
１２，９，２１，３０，８，４５，７０，２７，１５）（单位：元），可靠度要 参考文献：
求同上时各算法的最优解进化曲线图。
３．２．１算法的优化质量比较
算法的优化质量是指最终找出解质量的高低，对于本文中
优化模型而言，在保证全终端可靠度条件下，若找出解对应目
△Ｌ－ｏ．ｔｍ长案措黼 ｅ。＝孚＋宇［，＋警］‘１” ㈣
微带贴片天线的边缘场引起的等效伸长长度为：
㈣
Ｌｅ撑一ｕ．‘０６，Ｌ ｙｙ／，ｌ十ｕ．石Ｊ
１．２矩形微带天线单元的长度 矩形贴片天线单元的长度在理论上取有效波长的一半
（ｋ／２），但由于天线边缘场的影响，单元长度Ｌ的经验值应从
收稿日期：２００６一０７—３１：修回日期：２００６一０９—０３。 作者简介：赵军仓（１９７３一），男，陕西渭南人，工程师，硕士，主要从 事系统仿真、微波通信方向的研究。