《电子技术应用》
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基于遗传算法的小型高增益阵列天线设计
2021年电子技术应用第3期
戴欣华1，苏新彦1，姚金杰1，江润东1，唐 强2
1.中北大学 信息探测与处理山西省重点实验室，山西 太原030051； 2.西安机电信息技术研究所，陕西 西安710065
摘要： 针对小型化毫米波雷达对大探测范围及远距离探测的需求，提出了一种Ka波段串并联混合馈电的微带阵列天线。天线阵列采用模块化设计，通过采用遗传算法优化调整子阵列的相对位置控制波束宽度及增益。仿真及加工实测得到天线在中心频率36 GHz的E、H面波束宽度为28°、15°，最大增益15 dBi，测试与仿真结果基本符合，表明该天线阵列适用于小型毫米波雷达。
中图分类号： TN821
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200883
中文引用格式： 戴欣华，苏新彦，姚金杰，等. 基于遗传算法的小型高增益阵列天线设计[J].电子技术应用，2021，47(3)：102-105，110.
英文引用格式： Dai Xinhua，Su Xinyan，Yao Jinjie，et al. Design of small high-gain array antenna based on genetic algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(3)：102-105，110.
Design of small high-gain array antenna based on genetic algorithm
Dai Xinhua1，Su Xinyan1，Yao Jinjie1，Jiang Rundong1，Tang Qiang2
1.The Key Laboratory of Information Detection and Processing of Shanxi Province，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Xi′an Institute of Electromechanical Information Technology，Xi′an 710065，China
Abstract： Aiming at the needs of miniaturized millimeter wave radar for large detection range and long-distance detection, a Ka-band series-parallel hybrid-fed microstrip array antenna is proposed. The antenna array adopts a modular design, and the beam width and gain are controlled by using genetic algorithms to optimize and adjust the relative position of the sub-array. Simulation and processing measurements show that the E and H plane beam widths of the antenna at the center frequency of 36 GHz are 28°, 15°, and the maximum gain is 15 dBi. The test and simulation results are basically consistent, indicating that the antenna array is suitable for small millimeter wave radars.
Key words : array antenna；high gain；genetic algorithm

0 引言

    小型毫米波雷达在单兵雷达[1]、汽车防撞[2]、探测制导[3]等领域得到广泛应用。而在此类应用中一个非常突出的问题是如何在狭小的安装空间内同时满足大探测范围和足够远的探测距离，对应天线的特性为高增益和宽波束宽度。因此设计满足高增益和宽波束宽度需求的阵列天线具有相当大的实际意义和工程价值。

    文献[4]提出的一种四元并联馈电双天线阵，采用传统并联馈电设计阵列增益不足[4]；文献[1]、[2]中的串并联混合馈电设计都采用矩形栅格矩形边界阵，存在口径效率不足这个问题。文献[5]采用加载寄生元件方法扩展了波束宽度，但当频率上升到Ka波段时对加工精度的要求过于苛刻[5]。提高增益的最直接做法是增加阵元数目，而增加阵元数目会降低波束宽度，因此在阵列天线设计过程中引入智能优化算法对阵列的性能进行优化十分必要。以遗传算法为例，通常做法是将阵列的结构参数[6]、幅相分布[7]、相对位置[8-9]等作为优化变量，选取合适的选择、交叉、变异算子及策略获得满足设计需求的阵列天线。在对文献[6]～文献[9]研究的基础上可知，工程实践中对遗传算法优化天线的具体方案不能以一概全，要根据具体情况采取最合适的设计方案。

    本文开展了将遗传算法应用在天线优化中的研究并提出了一种运用于小型毫米波雷达前端的微带阵列天线，天线阵列采用串并联混合的馈电方式，通过遗传算法优化正交传输线的长度控制子阵列的相对位置，实现指定载体上小型化微带阵列天线高增益和宽波束宽度目标。




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作者信息：

戴欣华1，苏新彦1，姚金杰1，江润东1，唐  强2

(1.中北大学 信息探测与处理山西省重点实验室，山西 太原030051；

2.西安机电信息技术研究所，陕西 西安710065)

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