[發明專利]一種曲面共形圓極化相控陣天線波束合成方法

有效

• 申請號: 201711066973.5
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107888241B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 張宙;韓國棟;段永強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/0408
• 分類號: H04B7/0408;H01Q21/20
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種曲面共形圓極化相控陣天線波束合成算法，屬于共形相控陣天線技術領域。包括：建立曲面共形陣全局坐標系和天線單元局部坐標系；獲取各天線單元的全局坐標、位置矢量和極化矢量；根據天線單元位置矢量和單元局部方向圖計算得到各天線單元矢量方向圖；根據波束指向角和單元極化矢量計算得到各通道極化補償相位；對曲面共形圓極化相控陣天線進行總場合成，得到陣列方向圖。本發明通過對每個通道加入極化補償相位合成最佳極化，方法簡單，易于實現，計算速度快，尤其適用于圓極化共形相控陣天線，具有很高的工程應用前景，是對現有技術的一種重要改進。

技術領域

本發明涉及共形相控陣天線技術領域，特別是指一種曲面共形圓極化相控陣天線波束合成方法。

背景技術

相控陣天線作為以陣列天線為主體的電子系統，其通過特定的饋電方式，可智能地控制和調整各陣列單元的幅度和相位，從而能夠極其方便地實現信號在空間的功率合成，并且完成波束賦形和無慣性、靈活掃描。

當天線陣列中各單元天線分布于電子系統平臺的表面，并且與載體平臺外形相吻合，便形成了共形相控陣天線。共形相控陣具有比平面相控陣更多的優點：掃描范圍更大、平臺空間利用率高、不影響載體的氣動性能等。

在共形陣中，由于天線單元最大指向不一致以及陣面曲率影響，造成輻射單元的方向圖各不相同，陣因子與單元因子難以分離；并且各個單元的極化各不相同，導致產生的嚴重的交叉極化分量。因此，現有技術中的平面相控陣波束合成算法已不能適用于共形相控陣天線。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種曲面共形圓極化相控陣天線波束合成方法，該方法易于實現，準確度高，具有很高的工程應用前景。

基于上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種曲面共形圓極化相控陣天線波束合成方法，其包括以下步驟：

(1)建立對應于曲面共形陣的全局坐標系以及對應于各天線單元的多個局部坐標系；

(2)獲取各天線單元在全局坐標系中的位置分布、位置矢量和極化矢量；

(3)根據各天線單元在全局坐標系中的位置分布以及各天線單元的局部方向圖計算得到各天線單元的矢量方向圖；

(4)根據波束指向角和各天線單元的極化矢量計算得到各天線單元對應通道的極化補償相位；

(5)對曲面共形圓極化相控陣天線進行總場合成，得到陣列方向圖。

可選的，所述曲面共形陣為半徑為R的球面共形陣，所述全局坐標系為以球頂為坐標原點O、令Z軸指向球頂正上方的O-XYZ坐標系；所述局部坐標系為以天線單元表面中心為坐標原點O′且Z′軸從球心沿徑向指向球外的O′-X′Y′Z′坐標系，O′-X′Y′Z′坐標系的X′軸和Y′軸分別與球面矢量和重合，且O′-X′Y′Z′坐標系的X′軸和Y′軸還同時與合成天線單元圓極化的兩個互相垂直的線極化方向重合。

可選的，所述球面共形陣由N條自上而下排布的環形陣列組成，第一個環形陣列與球頂的弧形間距為d，相鄰的環形陣列之間的弧形間距依次為d₁、d₂、……、d_N-1；其中，自上而下的第n條環形陣列中等間距地排布有M_n個天線單元，并且自上而下各環形陣列中的1號天線單元的方位角依次為

所述各天線單元在全局坐標系中的位置分布是指各天線單元在全局坐標系下的直角坐標(X_nm,Y_nm,Z_nm)；

所述各天線單元在全局坐標系中的位置矢量是指各天線單元在全局坐標系下的球坐標

所述各天線單元在全局坐標系中的極化矢量是指各天線單元在全局坐標系下的極化方向矢量，并以合成天線單元圓極化的其中一個線極化矢量表示：