[發(fā)明專利]脊波導縫隙陣列天線方向圖優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2013-05-26
• 公開（公告）號: CN103412970A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 官正濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于脊波導縫隙陣列天線方向圖優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

波導縫隙陣列天線以其口徑面利用效率高、口徑分布容易控制、易于實現(xiàn)低或極低副瓣等優(yōu)點獲得了廣泛應用，但是，它也有一個明顯的不足之處就是在諧振狀態(tài)下的工作帶寬很窄，難以適應雷達和通信技術(shù)的日益發(fā)展，這一點也成為制約其應用的技術(shù)瓶頸。目前，解決波導縫隙陣帶寬問題的主要途徑有二：一是增加天線陣面的分區(qū)數(shù)，這種方法在一定程度上可以展寬天線頻帶，但是分區(qū)數(shù)的增多，會大大增加功率分配網(wǎng)絡(luò)的復雜度，從而增加加工難度和天線體積；二是在矩形波導寬邊內(nèi)加脊，這種方法既能有效拓展天線的工作帶寬，又能控制波導寬邊的尺寸，減少天線的體積。為此，國內(nèi)外已有對單脊波導或者單脊波導縫隙陣列天線做了一定的研究。通過合理選取脊波導的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如在一定范圍內(nèi)增加脊的寬度和高度，還能進一步拓寬天線的工作帶寬。但是，這樣會減小脊與波導寬邊的間隙，增大縫隙間的互耦，致使天線方向圖惡化。天線方向圖是衡量天線主要輻射性能的直觀表達，包括波束寬度和副瓣電平這兩項主要指標，體現(xiàn)了天線輻射的電磁波能量在空間的分布規(guī)律。天線方向圖與天線口徑幅相分布之間滿足傅立葉變換關(guān)系，天線口徑幅相分布一定，則天線方向圖一定，也是一種映射關(guān)系，因此，可以通過優(yōu)化天線口徑幅相分布來達到優(yōu)化方向圖的目的。對于脊波導縫隙陣列天線來說，縫隙間的互耦對天線口徑上縫隙的幅相分布產(chǎn)生嚴重影響，惡化天線方向圖。通過推導理論公式計算縫隙間的互耦，修正天線口徑上的縫隙偏移和縫隙長度的設(shè)計值，從而修正天線口徑幅相分布，得到理想的天線方向圖，是一件非常繁瑣而且精確度欠佳的工作，也不適合工程應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種可有效抑制縫隙間互耦對天線方向圖的影響，能夠降低天線的副瓣電平，易于工程實現(xiàn)的脊波導縫隙陣列天線方向圖優(yōu)化方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種脊波導縫隙陣列天線方向圖優(yōu)化方法，包括如下步驟：

（1）在MATLAB軟件中通過編寫高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件HFSS的腳本語言VBscript腳本文件，建立脊波導縫隙陣列天線仿真模型與脊波導縫隙電壓參數(shù)的提取模型，以縫隙電壓參數(shù)分布為天線口徑幅相分布，自動完成脊波導縫隙陣列天線參數(shù)化建模、調(diào)整縫隙參數(shù)和仿真計算；

（2）仿真計算后，MATLAB程序中調(diào)用HFSS軟件提取并輸出的各個脊波導縫隙電壓的幅度和相位，并與理論分布要求比較，判斷天線口徑的幅度和相位的分布；

（3）根據(jù)優(yōu)化算法，自動迭代優(yōu)化計算天線口徑分布，使各個脊波導縫隙電壓的幅度錐削分布，使各個脊波導縫隙電壓的相位分布與天線口面理論幅度趨于一致，優(yōu)化獲取天線口徑幅相分布唯一確定的天線方向圖。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

本發(fā)明能自動建立參數(shù)化模型、仿真計算、提取脊波導縫隙電壓參數(shù)，從而得到天線口徑幅相分布，最終得到由天線口徑分布唯一確定的天線方向圖，并根據(jù)優(yōu)化算法，自動迭代優(yōu)化計算天線口徑分布，完成脊波導縫隙陣列天線口徑分布優(yōu)化，即完成天線方向圖優(yōu)化，整個優(yōu)化工作都是程序自動完成，不需要人工介入判斷。

本發(fā)明通過幾輪迭代優(yōu)化各個脊波導縫隙的位置和長度后，脊波導縫隙電壓的幅度滿足設(shè)計的錐削分布要求，其相位滿足設(shè)計的一致分布要求，相應的天線方向圖也滿足設(shè)計的波束寬度和低副瓣要求，這樣最終完成對脊波導縫隙陣列天線方向圖的優(yōu)化。提取脊波導縫隙電壓參數(shù)的方法準確、可靠，將提取的電壓參數(shù)代入點源模型，計算的方向圖與三維電磁仿真HFSS仿真的方向圖完全一致，說明該方法的準確性。

本發(fā)明適合于工程應用，特別是各類復雜截面波導縫隙陣列天線及大規(guī)模波導縫隙陣列天線方向圖的優(yōu)化。

附圖說明

為了更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)將通過本發(fā)明實施方式，同時參照附圖，來描述本發(fā)明，其中：

圖1是脊波導縫隙陣列天線方向圖優(yōu)化流程圖。

具體實施方式