[發明專利]基于貝塞爾函數的圓形口徑場分布的陣列天線的設計方法

有效

• 申請號: 201210136076.8
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102683898A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐魁文;冉立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種圓形口徑綜合方法，尤其是涉及一種基于貝塞爾函數的圓形口徑場分布的陣列天線的設計方法。

背景技術

隨著無線通信的飛速發展，單個天線已經不能滿足對于遠場波瓣圖的控制，例如，常見的反射面天線等不能很好控制口徑上的激勵，缺乏對遠場的波束成形的控制，而單個微帶，螺旋天線又不能滿足增益上等的要求。

近年來，天線陣列技術廣泛應用于雷達、衛星通信等系統中，但是由于在陣列天線的設計中，要得到陣元的位置和激勵，往往通過一些全局優化算法（遺傳算法、粒子群算法、差分進化算法等）來實現，耗費的時間隨著陣元的增加，呈現指數級增加，而且最后結果不一定是最優的結果，對于稍微大的陣列實現效率非常之低。

口徑綜合方法是一種基于口徑場分布與遠場分布關系的方法，廣泛應用于大型口徑面的設計如平面天線、拋物面反射面天線等設計，和傳統的陣列天線優化算法設計相比，具有一定的優越性，但是該方法只局限于一種波束賦形的設計，不能對不同種類的波束實現快速切換。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于貝塞爾函數的圓形口徑場分布的陣列天線的設計方法，能對不同種類的波束實現快速切換。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案步驟如下：

1)將天線陣列分布在圓形的口徑上，將口徑場分布在由兩個及以上同心圓環組成的同心圓陣列上，每一個同心圓環上布置有天線單元，同一個同心圓環上至少有3個天線單元，同一個同心圓環上的天線單元中心對稱并均勻分布；

2)所述的口徑場分布通過基于貝塞爾函數的參數加權方法進行調節，得到賦形不同種類波束的連續口徑場分布；

3)將步驟2)得到的連續口徑場分布通過離散方法計算得到不同種類波束對應的同心圓陣列中每一個同心圓環的半徑和激勵。

所述的基于貝塞爾函數的參數加權方法采用貝塞爾函數的內部加權或者外部加權，內部加權采用尺度變換的方法，外部加權采用線性函數或者指數函數的方法。

所述的不同種類波束是筆形波束、平頂波束、等通量波束或差分波束。

所述的離散方法采用采樣離散方法或者口徑上電流分布累積函數計算方法。

所述的每一個同心圓環的激勵都是實數。

所述的每一個同心圓環的激勵利用功分器來實現，功分器采用多級饋電網絡方式，并利用微帶線或者帶狀線來實現。

本發明具有的有益的效果是：

該方法能快速評估某一個口徑面上通過同心圓陣列實現所需不同種類波瓣圖的可行性，而且提夠了一種確定性的方法,首先通過加權的方法得到合適的準貝塞爾函數的連續口徑分布，然后離散得到同心圓陣列，避免了復雜的隨機優化算法，提供波束賦形的快速、確定性的一種方法，為大型陣列和稀疏陣列的設計帶來了方便，圓形口徑由于其很好的對稱性，使得其廣泛應用在各種場合中。

附圖說明

圖1是圓形口徑的遠場輻射原理圖。

圖2是尺度變換加權的準貝塞爾函數J₁(Px)/x的一種口徑場分布圖。

圖3是尺度變換加權的準貝塞爾函數J₁(Px)/x的一種遠場輻射圖。

圖4是同心圓陣列的一種基本實現結構圖。

圖5是功分器中的饋電網絡的一種基本結構圖。

圖中：1、輸入端口，2、第一層饋電網絡的輸出口，3、第一層饋電網絡，4、第二層饋電網絡。

具體實施方式

本發明方法的具體步驟如下：

1)將天線陣列分布在圓形的口徑上，將口徑場分布在由兩個及以上同心圓環組成的同心圓陣列上，每一個同心圓環上布置有天線單元，同一個同心圓環上至少有3個天線單元，同一個同心圓環上的天線單元中心對稱并均勻分布；

2)所述的口徑場分布通過基于貝塞爾函數的參數加權方法進行調節，得到賦形不同種類波束的連續口徑場分布；

3)將步驟2)得到的連續口徑場分布通過離散方法計算得到不同種類波束對應的同心圓陣列中每一個同心圓環的半徑和激勵。

所述的基于貝塞爾函數的參數加權方法采用貝塞爾函數的內部加權或者外部加權，內部加權采用尺度變換的方法，外部加權采用線性函數或者指數函數的方法。所述的內部加權參數必須大于0，通過調節內部加權參數的大小，調節波束寬度和改變整個波束的形狀，內部加權參數越大波束越寬，當內部加權參數趨向于無窮小時，等同于等幅同相激勵。要實現不同的波束賦形，線性函數加權和指數函數加權需要與所述的準貝塞爾函數一起建模、優化，得到所需的連續口徑場分布。