直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法及系统

本发明涉及天线领域，具体地，涉及直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法及系统。

背景技术：

1、天线是无线系统中的重要部分，基于电磁波传递信息的无线系统和设备均离不开天线。天线的零陷控制广泛用于多用户通信抗干扰、全球导航卫星、雷达探测，以及信息抗截获等领域。随着无线通信需求的增加，为了提高天线的利用率，人们期望将无线系统天线主波束指向到期望的接收终端，同时将天线的零陷调控至用户窃听或干扰源方向，从而提高接收终端的信噪比和信息安全。对于面对多个干扰源和移动终端用户时，提出了天线实现多零陷和多波束的调控方案。

2、普通零陷调控方向天线可以通过相控阵实现，其中每个元件的馈电相位和幅度可以优化以产生可操纵的零点。但在某些现实场景中，快速多零陷调控对于同时抑制来自不同方向的多个快速移动的干扰信号或同时防止多个方向的随机窃听者非常重要。因此需要提前引入虚拟波束接收天线和零陷接收天线，构造对应的性能目标函数，并通过遗传算法优化其极大值，获得对应的激励。最后，通过调用对应的接收天线散射参数重构对应的性能指标函数，可以实现同时多波束和多零陷的快速调控。

3、微带天线是一种典型的天线类型，其结构一般由介质基板、辐射体及接地板构成，可以利用微带线或者同轴线等馈电方式对其进行激励。微带天线重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线，制造成本低，易于大量生产。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法及系统。

2、根据本发明提供的一种直线阵列天线，包括：单层介质基板、金属贴片和50ω单独馈电的同轴馈电端口；

3、所述单层介质基板的顶部设有金属贴片；所述单层介质基板的底部接地，在接地面上设有圆孔，在圆孔对应的位置上设置50ω单独馈电的同轴馈电端口。

4、优选地，所述金属贴片为正方形。

5、优选地，所述单层介质基板是耐燃的树脂材料，以环氧树脂加填充剂和玻璃纤维制成的复合材料。

6、优选地，所述金属方形贴片尺寸为0.23λ0×0.23λ0，其中，λ0为中心频率2.45ghz的工作波长。

7、根据本发明提供的一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法，基于直线阵列天线的激励分布控制直线阵列天线端口对应的幅值和相位，实现对阵列天线波束形状的实时优化，同时实现多波束和多零陷的实时调控。

8、优选地，通过在直线阵列天线远场区波束指向方位和干扰源方位设置虚拟接收天线和零陷接收天线，提取直线阵列天线与接收天线之间电磁散射参数，基于电磁散射参数构建对应的性能指标函数，通过遗传算法优化性能指标函数的极值，获得极值对应的阵列天线激励分布，从而增强目标方向的电磁信号收接能力和电磁抗干扰能力。

9、优选地，所示性能指标函数包括：

10、

11、根据本发明提供的一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化系统，基于直线阵列天线的激励分布控制直线阵列天线端口对应的幅值和相位，实现对阵列天线波束形状的实时优化，同时实现多波束和多零陷的实时调控。

12、优选地，通过在直线阵列天线远场区波束指向方位和干扰源方位设置虚拟接收天线和零陷接收天线，提取直线阵列天线与接收天线之间电磁散射参数，基于电磁散射参数构建对应的性能指标函数，通过遗传算法优化性能指标函数的极值，获得极值对应的阵列天线激励分布，从而增强目标方向的电磁信号收接能力和电磁抗干扰能力。

13、优选地，所示性能指标函数包括：

14、

15、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

16、1、本发明提出一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化设计方法，通过预先模拟或测量的天线散射参数，并通过通信和抗干扰需求，实时构建对应的性能指标函数，采用遗传算法求解其极大值，实现对直线阵列天线形成同时多波束和多零陷调控的实时调控，从而对多个移动通信终端进行信号增强和对多个移动干扰源进行信号干扰抑制，提高了无线通信系统信号智能覆盖的能力，并实现无线通信系统射频节能效果；

17、2、本发明通过调控单元的幅值和相位来同时控制阵列天线的波束和零陷，具有较高的灵活性，使得阵列天线在通信抗干扰、卫星导航、雷达探测等领域有更突出的优势。

技术特征：

1.一种直线阵列天线，其特征在于，包括：单层介质基板、金属贴片和50ω单独馈电的同轴馈电端口；

2.根据权利要求1所述的直线阵列天线，其特征在于，所述金属贴片为正方形。

3.根据权利要求1所述的直线阵列天线，其特征在于，所述单层介质基板是耐燃的树脂材料，以环氧树脂加填充剂和玻璃纤维制成的复合材料。

4.根据权利要求1所述的直线阵列天线，其特征在于，所述金属方形贴片尺寸为0.23λ0×0.23λ0，其中，λ0为中心频率2.45ghz的工作波长。

5.一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法，其特征在于，基于直线阵列天线的激励分布控制直线阵列天线端口对应的幅值和相位，实现对阵列天线波束形状的实时优化，同时实现多波束和多零陷的实时调控。

6.根据权利要求5所述的直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法，其特征在于，通过在直线阵列天线远场区波束指向方位和干扰源方位设置虚拟接收天线和零陷接收天线，提取直线阵列天线与接收天线之间电磁散射参数，基于电磁散射参数构建对应的性能指标函数，通过遗传算法优化性能指标函数的极值，获得极值对应的阵列天线激励分布，从而增强目标方向的电磁信号收接能力和电磁抗干扰能力。

7.根据权利要求6所述的直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法，其特征在于，所示性能指标函数包括：

8.一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化系统，其特征在于，基于直线阵列天线的激励分布控制直线阵列天线端口对应的幅值和相位，实现对阵列天线波束形状的实时优化，同时实现多波束和多零陷的实时调控。

9.根据权利要求8所述的直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化系统，其特征在于，通过在直线阵列天线远场区波束指向方位和干扰源方位设置虚拟接收天线和零陷接收天线，提取直线阵列天线与接收天线之间电磁散射参数，基于电磁散射参数构建对应的性能指标函数，通过遗传算法优化性能指标函数的极值，获得极值对应的阵列天线激励分布，从而增强目标方向的电磁信号收接能力和电磁抗干扰能力。

10.根据权利要求9所述的直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化系统，其特征在于，所示性能指标函数包括：

技术总结
本发明提供了一种直线阵列天线同时多波束和多零陷波束优化方法及系统，包括：一种直线阵列天线，所述直线阵列天线包括：单层介质基板、金属贴片和50Ω单独馈电的同轴馈电端口；所述单层介质基板的顶部设有金属贴片；所述单层介质基板的底部接地，在接地面上设有圆孔，在圆孔对应的位置上设置50Ω单独馈电的同轴馈电端口。基于直线阵列天线的激励分布控制直线阵列天线端口对应的幅值和相位，实现对阵列天线波束形状的实时优化，同时实现多波束和多零陷的实时调控。

技术研发人员：刘梅林,孔令兵,郭嘉俊
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16