[發明專利]一種基于互補結構的天線陣列設計的預處理方法

有效

• 申請號: 201710895122.5
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107894583B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 孫一北;耿強;高子健
• 申請（專利權）人: 北京華航無線電測量研究所
• 主分類號: G01S7/28
• 分類號: G01S7/28;H01Q21/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 龔頤雯;王一

技術領域

本發明涉及雷達技術領域，具體涉及一種基于互補結構的天線陣列設計的預處理方法。

背景技術

現代雷達面臨的生存環境日益惡劣，在設計過程中越來越多的要考慮雷達探測隱身目標、被發現、被干擾、被摧毀等諸多問題。為了提高雷達的抗干擾、抗隱身等能力，常常采用多波段雷達。多波段雷達可以以多頻率、多極化方式工作，可獲取海量目標信息，且具有更強的抗干擾能力。

共孔徑陣列是一種整合多頻段天線于單一孔徑的陣列形式。該技術一方面可以使得多頻段多極化雷達系統的總體積和重量大為減小，適用于裝配在對雷達功能要求多，尺寸和體積受限制的載體平臺上；另一方面使其后的許多分系統得到共享，以提高雷達的有效載荷和集成水平，增大實現雷達多功能的靈活性。

區別于傳統機械掃描雷達，共孔技術應用于相控陣時，還需考慮與天線相連的后端TR組件的互換性、TR組件尺寸限制等問題，因此需要一種新的設計方法滿足這些需求。

稀疏陣列來源于均勻陣列，是將一定數目的天線單元從均勻間隔陣列中抽去后形成的陣列，其陣元間距是原均勻陣列陣元間距的整數倍。利用該技術可以減少陣列中的陣元數量，同時對陣列使用不造成太大影響。

發明內容

針對以上問題，本發明提供一種基于互補結構的天線陣列設計的預處理方法，其中頻率較低的天線陣列為均勻滿陣，頻率較高的天線陣列為符合互補結構約束的稀疏陣。

一種基于互補結構的天線陣列設計的預處理方法，所述方法包括如下步驟：

步驟(1)：根據工作頻率高的天線所處頻段A、工作頻率高的天線半波束掃描范圍θ_H，工作頻率低的天線所處頻段B、工作頻率低的天線波束掃描范圍θ_L，確定工作頻率高的天線工作的中心頻率f_0H、工作頻率低的天線工作的中心頻率f_0L、工作頻率高的天線最小陣元間距d_H，工作頻率低的天線最小陣元間距d_L；

步驟(2)：根據步驟(1)確定的工作頻率低的天線最小陣元間距d_L、雷達口面約束以及陣面布置方式，確定工作頻率較低的天線陣列的排布方式；

步驟(3)：根據步驟(2)確定的工作頻率較低的天線陣列的排布方式，以及工作頻率高的天線最小陣元間距d_H和工作頻率低的天線最小陣元間距d_L，結合期望采用的TR組件規格形式、工作頻率高的天線3dB波束寬度θ_H3dB，確定相控陣雷達陣面內雙頻天線陣列的混布區域；

步驟(4)：獲取頻率高的天線陣列互補結構的尺寸規格及種類的數量；

步驟(5)：將步驟(1)～(4)的結果作為基于互補結構的天線陣列設計的輸入數據保存到數據庫中。

進一步的，所述步驟(1)具體包括：

對于共孔徑陣面內兩套天線陣列中工作頻率高的天線陣來說，首先陣列工作的中心頻率應落在相應頻段內，即

f_0H∈A。

進一步的，所述步驟(1)具體還包括：

其次，工作頻率高的天線陣無柵瓣最小陣元間距d₁可由如下公式獲得：

式中，c為光速常數，θ_H為偏離陣列法向的最大掃描角。

進一步的，所述步驟(1)具體包括：

一般情況下，所述工作頻率高的天線最小陣元間距d_H小于等于d₁。

進一步的，所述步驟(2)具體包括：

以工作頻率低的天線最小陣元間距d_L為柵格邊長構成矩形柵格，柵格中的交點代表可能的陣元擺放位置P_L；則陣列可布陣元位置P'_L可由下式獲得：

P'_L＝P_L∩S

式中S表示去除結合緊固件工裝需占用空間后雷達口面區域。

進一步的，所述步驟(2)具體包括：

天線陣列行、列單元數均為偶數。

進一步的，所述步驟(3)具體包括：

混布區域的一維最小尺寸M可由下式獲得：

其中，k為一維最小尺寸常數，λ為工作波長，θ_3dB為期望的3dB波束寬度；通過上式可分別計算工作頻率高陣列即混布區域的長、寬尺寸。

進一步的，所述步驟(5)具體包括：