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基于一种优化算法的船舶雷达微带阵列天线设计
| 论文题名： | 基于一种优化算法的船舶雷达微带阵列天线设计 |
| 关键词： | 船舶雷达天线;低旁瓣电平;优化算法;超材料 |
| 摘要： | 船舶雷达对于保障船舶航行安全至关重要，船舶雷达天线要求半功率波束宽度（HalfPowerBeamwidth，HPBW）窄和旁瓣电平（SideLobeLevel，SLL）低，但二者通常呈现相互制约的关系。波导缝隙天线性能好但成本较高，而成本低的微带天线难以同时实现窄HPBW和低SLL。因此微带结构的高性能船舶雷达天线有待进一步深入研究。论文采用改进人工蜂群算法（ImprovedArtificialBeeColony，IABC）和K均值聚类算法相结合的IABC_Kmeans混合算法设计了X波段低SLL微带阵列天线，并设计了一款近零折射率超材料（Near-zero-indexMetamaterials，NZIMs）加载于阵列天线进一步提高增益，改善HPBW。论文主要包括以下内容： （1）介绍了IABC_Kmeans算法的详细步骤及实现思路，并编程实现，算法有效优化了阵列天线的阵因子方向性图。然后提出了基于IABC_Kmeans算法的线极化和圆极化微带阵列两款天线。天线工作频率为9.4GHz，包含32个单元天线，呈2×16阵列排布，两排直线阵的贴片方向相反并将馈电点偏移四分之一波长，以此实现各单元辐射场叠加。此布阵方式可以使两直线阵的贴片间距更小而不受馈电网络的限制，从而大幅减小垂直面SLL，这对于船舶雷达来说可以减小海浪杂波及空中飞行物的干扰。线极化天线增益为20.45dBi，水平面HPBW为5.9°，SLL为?32.14dB；圆极化天线增益为20.31dBic，水平面HPBW为6.4°，SLL为?27.42dB，轴比为0.27dB。实验结果表明，IABC_Kmeans算法可以有效优化阵列天线的SLL，适合用于天线设计。 （2）设计了一款NZIMs覆层并将其加载于天线。将三层7×33NZIMs阵列加载于两款阵列天线明显提高了增益，减小了垂直面HPBW。加载NZIMs后圆极化天线在9.4GHz处增益为22.5dBic，提高了2.2dB，水平面HPBW为5.8°，SLL为?28.33dB；垂直面HPBW为30.8°，减小了17.4°，SLL为?34.36dB；最大辐射方向上交叉极化电平为?34.75dB，轴比为0.32dB，天线为右旋圆极化。加载NZIMs后线极化天线测试增益在9.4GHz处为22.72dBi，水平面HPBW为5.8°，SLL为?30.66dB；垂直面HPBW为31°，SLL为?26.78dB。实验结果表明，加载NZIMs能够改善天线性能，对于船舶雷达天线具有较高的应用价值。 |
| 作者： | 林康涧 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 房少军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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