基于拓扑优化的稀疏阵列天线方向图综合设计方法  

Topology Optimization Based Design Method for Pattern Synthesis of Thinned Antenna Arrays

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作  者:王力[1] 王奇[2] 于大群[1] 刘书田[2] WANG Li;WANG Qi;YU Daqun;LIU Shutian(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing Jiangsu 210039,China;State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China)

机构地区:[1]南京电子技术研究所,江苏南京210039 [2]大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116024

出  处:《现代雷达》2025年第3期21-26,共6页Modern Radar

基  金:国家自然科学基金资助项目(11802050,U1806215);中央高校基本科研业务费专项资助项目(DUT22LAB122)。

摘  要:文中提出了基于拓扑优化的稀疏阵列天线方向图综合设计方法,构造了基于拓扑优化的稀疏阵列天线布局优化模型以及基于梯度优化算法的优化模型的求解方法。考虑由于布局形式变化导致的阵元间互耦效应的变化,在优化方法中有效集成了参数化矩量法以实现阵列天线辐射方向特性的解算和性能的精准设计。为了利用梯度优化算法有效求解优化问题,将各个天线单元等效为一系列等效电阻层,采用正切型材料插值模型建立虚拟电阻与设计变量之间的插值关系,保证离散拓扑变量连续化后的自动0-1分化。优化结果表明,所提出的方法能够有效求解低副瓣稀疏阵列天线布局优化设计问题,且在实现阵列天线副瓣电平降低的同时减少了天线单元数目。In this paper,a topology optimization based design method for pattern synthesis of thinned antenna arrays is proposed.The optimization formulation is appropriately established and effectively solved by using a gradient-based algorithm.In order to rigorously consider the mutual coupling effect among the coupled array elements,the full-wave method of moments is well integrated into the optimization design to calculate the accurate radiation pattern for guaranteeing the effectiveness of pattern synthesis.The tangential interpolation function of metallic material with a pseudo resistance is introduced to help the self-penalization of the optimization design to obtain 0-1 solutions.Based on the method,thinned solution of typical coupled arrays with both the element number reduction and peak sidelobe level suppression is obtained.

关 键 词:拓扑优化 天线阵列 稀疏阵列 优化设计 矩量法 

分 类 号:TN958.92[电子电信—信号与信息处理]

 

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