[發明專利]一種可實現高增益的不規則子陣排布優化方法

有效

• 申請號: 202010011413.5
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111209670B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 楊仕文;馬彥鍇;陳益凱;屈世偉;胡俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;H01Q3/26;G06F111/04
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了一種基于不規則子陣的相控陣排布優化方法，提出了一種混合整數線性規劃模型，同時考慮陣列掃描時的增益和副瓣水平，通過商業求解器進行求解以實現不規則陣列掃描時的高增益及低副瓣特性，優化出陣列排布以后，利用凸優化算法以增益最大為原則綜合出所需的方向圖。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及到不規則子陣排列的優化方法，提出了一種混合整數規劃模型，同時考慮陣列掃描時的增益和副瓣水平，最終實現不規則陣列掃描時的高增益及低副瓣特性。

背景技術

相控陣天線因能夠實現通過改變相位以達到波束掃描的目的，在雷達和通信領域中得到了廣泛的應用，但同時由于每個單元都需要連接一個移相器和T/R組件，大大增加了天線制造成本，同時常規相控陣的幅度相位加權手段很難滿足天線陣低副瓣的需求，限制了天線的應用范圍。稀疏陣列天線，通過對天線單元的稀疏排布，降低柵瓣實現方向圖掃描，但稀疏陣存在加工，單元間耦合等諸多問題，不適用于工程實現。

R.J.Mailloux，Andrea Massa等人提出了采用不規則子陣的方法來打破陣列的周期性，但由于優化問題過于復雜，他們的方案只能實現一維掃描，在工程上適用性較差。專利號為CN 107230843 A的專利中采用了類似的方案，實現了二維掃描，但是掃描性能不強，兩個單元組成的子陣在20×20的陣面下以0.7個波長間距布陣，只能實現±20°的二維掃描，該方案還沒有完全發揮不規則子陣的掃描優勢，在工程上適用性較差。專利號為CN108808266A的專利中同樣采用了基于最大熵原則的優化方案，但是應用到四聯網格(即四個單元組成的子陣)時會出現二維掃描各個面掃描能力不一致的情況，同時掃描角較小。最重要的是以上這些文獻都沒有特殊優化掃描時的增益水平，雖然不規則子陣在側射時能夠實現高增益輻射，但是隨著掃描角的不斷增大，由于波程差的影響，增益下降的較為劇烈，尤其是對于稀疏率較高的四聯網格來說，采用專利號為CN108808266A的方案在掃描到30度時其陣列增益就與同規模的Taylor陣有4.6dB的差距，隨著掃描角逐漸增大，增益損失也會進一步增大。

發明內容

鑒于上述技術背景，本發明提出了一種基于不規則子陣的相控陣排布優化方法，目的在于相比于已經存在的優化技術，本發明的提出的方法能夠用更少的TR組件數的同時在陣列掃描時保持較低的增益損失。

本發明具有以下內容：

專利號為CN108808266A已經提到可以采用通過優化陣列信息熵來實現降低不規則子陣掃描時的柵瓣，但是沒有考慮到增益損失的問題。對于不規則子陣掃描時的增益損失，主要是來源于子陣內單元與子陣相位中心不一致而造成的波程差。波程差的存在會導致子陣內的單元輻射方向偏離預定的角度，使得掃描角度的輻射場絕對值低于滿陣的輻射場，最終出現增益損失。不同的子陣形式引起的增益損失也不同。因此優化目標主要為保持陣列信息熵較高的同時，實現目標掃描角度的輻射場極大。

因此本專利提出一種混合整數規劃模型，保持陣列信息熵與信息熵的極限值的差在較小的一個范圍，優化目標掃描角度的輻射場，使得輻射場最大化。

考慮由一個M×N的不規則陣列，考慮不規則子陣由四個陣列單元組成子陣，每個子陣采用同一的饋電幅度及相位(如圖1所示)，四聯網格共有5種類型(如圖2所示)，但經過翻轉，旋轉等操作共可以得到19類，子陣的相位中心為其重心，天線陣由多個子陣排列組成。假設陣列單元為一個正方形網格，陣元的間距均為d，那么提出的用于不規則陣列優化排布的混合整數規劃模型為