[發明專利]平面陣列天線電掃波束形狀控制方法

有效

• 申請號: 201410710401.6
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104409853A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 叢友記;簡玲;黃彩華;陳文俊
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二四研究所
• 主分類號: H01Q3/30
• 分類號: H01Q3/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于雷達天線技術領域，涉及平面相控陣天線電掃波束形狀的控制方法。

背景技術

本發明用于控制平面陣列天線電掃波束。相控陣的波束指向是根據單元間距及波束指向對各個單元配相來實現的，在所需的波束指向形成等相位面。假設單元行間距、列間距歸一化到工作波長分別為d_y、d_x，波束指向方位、俯仰角度為(A_S,Es)，則第(m,n)單元的相位為：

式中，，陣列中各單元按照式（1）計算出來的相位配置各陣元相位。理想情況下的目標掃描波束應該如圖2所示，在掃描過程中波束不發生變形。但是在大掃描角時，通過該方法得到的波束會出現如圖3所示的變形，特別是寬波束大角度掃描情形，這種變形嚴重到將會影響雷達天線的精度，使雷達性能下降。文獻（汪茂光，呂善偉，劉瑞祥.《陣列天線分析與綜合》.成都：電子科技大學出版社，1989.pp:108-113）、（薛正輝，李偉明，任武.《陣列天線分析與綜合》.北京：北京航空航天大學，2011.pp：267-273）中均對該現象有闡述。

目前針對這一現象國內外資料上還未見有相應的解決方法，工程應用中只能在滿足工程指標的情況下容忍一定程度的波束變形。本發明通過對陣列天線各單元激勵相位進行調整從而達到控制天線波束形狀的目的。

發明內容

針對現有的技術缺點，本發明為提高雷達天線的掃描精度，提出一種通用的平面陣列天線電掃波束形狀控制方法，具體包含以下步驟：

第一步：已知A-E坐標下未掃描的波束形狀數據F₀(A,E)以及天線波束方位、俯仰掃描角(As，Es)；

第二步：以波束形狀數據F₀(A,E)以及掃描角(As，Es)構造A-E坐標系下的天線未變形掃描波束P₀(A,E)；

第三步：將P₀(A,E)按照公式,變換成U-V坐標系下的波束P₀(U,V)；

第四步：以波束P₀(U,V)為目標，采用優化算法優化陣列單元的激勵相位，得到修正的波束P₁(U,V)；

第五步：將P₁(U,V)按照公式，變換成A-E坐標系下的優化波束P₁(A,E)。

上述第四步中的優化算法可以是迭代傅里葉算法。

本發明與現有技術方法相比，其有益效果是：

①針對平面陣列天線電掃過程中波束變形的缺點，本發明通過優化陣列中各陣元的激勵相位值使變形的掃描波束得到了修正，提高了雷達天線的掃描精度。

②本發明通用性好，本發明不依賴平面陣列天線的陣元類型，基于任何類型陣元的平面陣列天線均可采用本方法進行波束控制，且待控制的陣列波束并不局限于特定的形狀。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為波束形狀控制方法流程圖；

圖2為理想波束掃描示意圖；

圖3為波束掃描變形示意圖；

圖4為扇形寬波束掃描變形示意圖；

圖5為扇形寬波束修正后的波束示意圖。

具體實施方式

本說明書以40×40規模平面陣列為例進行天線波束電掃控制方法的說明，以下是波束形狀掃描控制方法步驟。

第一步：已知A-E坐標系下未變形的扇形寬波束數據F₀(A,E)，其方位、俯仰面分別掃描30°、15°。圖4是采用式（1）計算的相位分布激勵得到的波束形狀，可以看出波束掃描后已經變形；

第二步：以該扇形寬波束F₀(A,E)以及方位俯仰掃描角(30°,15°)，構造出天線掃描后未變形的波束P₀(A,E)，按照如圖2所示的方式構造；

第三步：將P₀(A,E)按照公式，變換成U-V坐標系下的波束P₀(U,V)；

第四步：以波束P₀(U,V)為目標，采用優化算法調整陣列單元的激勵相位，得到修正的波束P₁(U,V)。本例中由于陣列規模較大，為了加快優化速度采用了迭代傅里葉的優化方法。在實施過程中，可以根據陣列規模以及波束形狀選擇合適的優化方法；

第五步：將P₁(U,V)按照公式，變換成A-E坐標系下的優化波束P₁(A,E)。經過該方法控制后的掃描波束如圖5所示，圖3所示的電掃波束在使用該方法后，掃描波束形狀的變形已經得到了控制。