[發明專利]抑制大間距相控陣天線柵瓣的布陣方法

無效

• 申請號: 201410175635.5
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103985970A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 王欣;趙玉國;陳超;汪波;劉華林;黃先知;曾傳寶
• 申請（專利權）人: 零八一電子集團有限公司
• 主分類號: H01Q21/28
• 分類號: H01Q21/28;H01Q3/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武;魏池陽

技術領域

本發明涉及導航、通信等領域相控陣天線布陣方法，特別是涉及陣列單元間距在一個波長以上的大間距相控陣天線的柵瓣抑制方法。

背景技術

相控陣天線通常是由一組離散輻射天線組成，這些輻射天線可以排列成直線結構，也可以排列成兩維平面結構或者空間拱形結構。每個輻射天線的振幅和相位激勵能獨立地控制，以便在空間形成任意要求形狀的波束。

陣列天線的結構形式是多種多樣的，最基本的形式是線性陣，它是指多個輻射元的中心在一條直線上的陣列天線，單元間距可以是相等的，也可以是不等的。當天線的輻射元的中心排列在一個面上時，則稱它為面陣。面陣周圍所形成的輪廓形狀，可以是矩形面陣，也可以是圓形面陣等。在陣列天線中，單元間距一般取1/2波長，若單元間距過大會在方向圖中形成不必要的柵瓣，太小則會使陣列天線單元間的互耦變大，影響天線性能，同時會增加陣列天線的設計難度。

相鄰單元間距不超過1/2波長的大型相控陣不僅結構復雜，而且造價高昂，嚴重地限制了相控陣天線的應用。因此為了降低陣列天線的成本，采用單元間距大于一個波長的的陣列天線是一種可行的方法。這種陣列可以大大地減少單元數目，但按照常規的方法設計這種陣列時，就一定會出現柵瓣，柵瓣的存在不但會減小波束的掃描范圍、降低準確度，而且由于柵瓣分走了大量主瓣的能量，從而降低了能量的利用率，減小了波束的掃描距離。因此如何抑制大間距陣列天線的柵瓣就成為近年來業界最為炙手可熱的研究課題。國內外許多專家學者對抑制大間距陣列天線柵瓣方面進行了大量的研究，從公開發表的文獻可以看出，抑制柵瓣有兩種途徑：

1、對陣列天線在子陣級或者單元級上進行非周期結構排布，將柵瓣能量分散；

2、利用單元方向圖來壓低陣列柵瓣。

在本發明中主要涉及第一種。

陣列天線中的非周期結構是指多個陣列單元在排布時相互之間的間距均不相同，利用非周期結構進行布陣的方式有兩種：一種是單元級的非周期排布方式，即對陣列中的每個單元都進行非周期的排布；另一種是子陣級的非周期排布方式，即假設陣列有N個子陣，每個子陣有M個單元，子陣中M個單元可按照周期或非周期的方式排布，而N個子陣間采用非周期排布。

典型的單元級非周期結構陣列是稀疏陣列，這種陣列是對陣列中每個單元采用稀疏化原理進行布局，應用稀疏化原理布局有兩類方法：一類是將一定數目的天線單元從均勻間隔陣列中稀疏而形成，其單元間距是原均勻陣列的單元間距的整數倍；另一類是天線單元在天線孔徑上隨機分布，其單元間距是相互不可整除的。第二類無需像第一類陣列那樣約束天線單元在等間隔的規則柵格上，所以優化的自由度更大，有利于更大限度地提高陣列天線的相關性能，采用這樣布局的陣列不僅不會出現柵瓣，而且其柵瓣電平可以做得很低，但是這種陣列會增大陣面的制造和加工難度，并使陣面的其他部分變得十分復雜。

因此，采用子陣級非周期結構來抑制柵瓣就應運而生，相對于單元級非周期結構排布，子陣級非周期結構大大減小了陣面及其他部分的設計難度，并且減少了優化量。

將大小相等的子陣鄰接排布會導致天線方向圖出現大的柵瓣，為此,國內外學者提出了多種子陣排布的方法，如：旋轉子陣排列組合，在1978年，Vishwani?D.Agrawal和Thomas?C.Tong采用四個大間距的子陣旋轉排列組成的陣列得到了抑制柵瓣的效果，其不足之處是四個子陣發生了重疊；2002年Mark?L.Goldstein等人在其專利申請中給出了一種由非周期子陣分布在四個同心圓環上，中心也布有一個子陣，這種分布是在子陣內和子陣間都采用非周期陣列排布，有效地抑制了柵瓣；在2003年，國內的學者朱瑞平等人給出了一種非周期環柵陣，其陣面采用圓環柵格結構及子陣插箱結構，這種結構對柵瓣有一定的抑制作用；2010年Yury?V.Krivosheev和Alexandr?V.Shishlov分析了幾種子陣排布的情況，包括：(a)子陣的相對位移錯位；(b)子陣間加間隙；(c)子陣間加間隙及錯位；(d)對角子陣取不同的單元間距；(e)子陣旋轉，這些方法使柵瓣得到了一定程度的抑制。還有近些年來，許多學者采用不同的優化算法給出非周期子陣的位置排列，這些算法各有不同，難易程度也不同。

綜上所述，將稀疏化原理應用于子陣級非周期結構的排布中將使設計簡化，同時兼顧稀疏陣列中的優點，使得柵瓣得到有效的抑制。

發明內容

本發明的任務是針對現有的大間距陣列非周期排布技術中的優缺點，提出一種具有柵瓣抑制能力，既能夠兼顧稀疏陣列優點，又能簡化設計過程，降低設計難度，形成良好和差方向圖的布陣方法。