[發明專利]一種機身共形陣列天線的單元布局與電磁設計方法

在審

• 申請號: 201710161664.X
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107017468A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 宋立偉;韓創;張超;王從思;李鵬;周金柱;李娜;王偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/28;G06F17/50
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙)11368
• 代理人: 仲伯煊

1.一種機身共形陣列天線的單元布局與電磁設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立機體坐標系，對采樣點進行擬合，得到機身擬合模型坐標原點o為機鼻頂點，坐標x軸為機身軸向，從機尾指向機頭，坐標z軸垂直機體豎直向上，坐標y軸根據右手定則確定，然后通過最小二乘法對實際機身模型采樣點p_i(x_i,y_i,z_i),(i＝1,2,…,K)進行多項式擬合，得到機身截面曲線，其表達式如下：

y²+0.394z²-0.081yz-1.8474y-1.3064z+0.11368＝0，

其中:

K表示采樣點數；

1.792m≤y≤2.396m；

0.0173m≤z≤2.396m；

(2)根據機身結構特點設計單元排列形式，確定單元間距，根據電性能指標初步確定單元數目以及陣列行列數

單元沿機身軸向和機身截面曲線排列，共形陣列天線整體形式為六邊形，確定陣列周向單元弧長間距和陣列軸向單元間距d_x，根據陣列增益G和波束寬度2θ_0.5的要求，初步確定機身共形陣列天線單元數目，并在此基礎上確定陣列行列數；

(3)確定單元在機身上的位置坐標r_nm，r_nm的表達式如下：

r_nm(x_nm,y_nm,z_nm),(n＝1,2,…,N,m＝1,2,…,M_n)，其中：

x_nm表示第n行m列單元在機身軸向x的坐標值；

y_nm表示第n行m列單元在機身截面y方向的坐標值；

z_nm表示第n行m列單元在機身截面z方向的坐標值；

(4)選擇輻射單元，并建立各單元的局部坐標系利用坐標旋轉相關數學理論建立該共形陣遠場方向圖分析模型，首先將遠場方向轉換成各單元局部坐標系下的表示再將局部坐標系下的各輻射單元的方向圖函數轉換成全局坐標系下的表示

(5)將各單元的輻射方向圖疊加起來得到整個陣列的遠場分析模型：

其中：

ω_nm表示第nm個單元的激勵；

k為波長數，k＝2π/λ，λ表示波長；

為遠場方向；

表示第nm個單元的位置；

j表示虛數單位；

(6)利用修正的伯恩斯坦多項式減少變量個數

軸向每一行所有單元的幅度分布用一個修正的伯恩斯坦多項式來擬合，陣列共N行，采用上下對稱激勵，這樣將只需要優化J個修正的伯恩斯坦多項式，為了使每一行各單元幅度聯系起來，在每一行中加入一個總的幅度控制變量A_m，這樣每一個修正的伯恩斯坦多項式將由原來的5個控制參數增加到6個，因此J個修正的伯恩斯坦多項式總共有6J個優化變量，將這6J個優化變量統一表示為β＝[β₁,β₂,…β_6J]^T，其中：

(7)以俯仰面和方位面最大副瓣電平最小化為目標函數：

其中：

MSLL_θ＝90°為方位面最大副瓣電平，其表達式如下：

其中：

表示除主瓣區域以外的場強值，

S₁表示旁瓣區域；

表示優化過程中得到的最大場強值；

—俯仰面最大副瓣電平，

其中：

表示除主瓣區域以外的場強值，

S₂表示旁瓣區域；

E_max(θ,90°)表示優化過程中得到的最大場強值；

ω表示權重系數；

進而利用粒子群優化算法進行優化，得到修正的伯恩斯坦多項式的控制參數，通過對該多項式進行采樣得到天線單元的激勵幅度值。