[發明專利]副瓣約束的陣列方向圖增益優化方法

在審

• 申請號: 202011201329.6
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112234336A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張立;張依軒;李威宗;翁子彬;焦永昌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/00
• 分類號: H01Q1/00;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明公開了一種考慮副瓣約束的陣列方向圖增益優化方法，主要解決現有技術對于在陣列方向圖增益優化過程中沒有考慮副瓣約束導致的陣列方向圖增益達不到最大的問題，其實現方案是：1)利用給定的陣列指標求得初始解；2)利用初始解進行迭代，得到滿足給定副瓣約束的第一階段解；3)利用第一階段解進行迭代，得到滿足給定副瓣約束并最大化主波束范圍內最小增益的第二階段解；4)由第二階段解得到陣列單元的激勵w；5)將陣列單元激勵w代入需要優化的陣列天線，使得考慮副瓣約束的陣列方向圖增益達到最大。本發明能最大化給定主波束范圍內最小陣列方向圖的增益，可用于寬波束及賦形波束陣列天線的優化設計。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，特別涉及一種陣列方向圖增益優化方法，可用于寬波束及賦形波束陣列天線的優化設計。

背景技術

寬波束及賦形波束陣列天線在衛星通信及雷達探測等領域有著廣泛的應用場景及應用價值。通過優化陣列單元的激勵分布，可以實現寬角度或給定區域的波束覆蓋，是多波束衛星通信、寬角度通信覆蓋以及目標探測等應用系統中的重要組成部分。在實際應用系統中，為了獲得更好的通信及探測質量，需要盡可能地提升信號的信噪比。反映到天線陣列的指標上，應盡可能的提升主波束覆蓋區域內的增益以提升接受信號的強度，且副瓣區域的電平也應小于一定的值以抑制干擾信號。這一需求使得陣列方向圖的優化變得非常復雜，一方面需要最大化主波束覆蓋區域內的最小增益，另一方面還要保證副瓣區域內的最大電平滿足給定的約束，并且還應支持任意給定的主波束覆蓋區域形狀以滿足賦形波束等特殊場景的需求。

傳統的寬波束陣列方向圖綜合方法通常對方向圖的形狀進行優化，優化得到平頂波束以滿足寬波束覆蓋的需求，例如文獻“Shaped Beam Synthesis of Arrays viaSequential Convex Optimizations,”IEEE Antennas and Wireless PropagationLetters,vol.12,pp.1049-1052,2013. 中所提出的方法。然而由該方法所得到的的平頂波束僅僅是對方向圖的形狀進行優化，并不能保證主波束范圍內的增益可以達到最大。此外，文獻“Power gain optimization method for wide-beam array antenna via convexoptimization,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.67,no.3,pp.1620-1629,Mar.2019.提出了一種基于序列凸優化的寬波束增益優化方法，然而該方法由于沒有充分考慮副瓣約束對優化的影響，對于具有較低副瓣需求的寬波束應用場景很難實現，在保證較低副瓣的約束下很難實現滿足需求的波束寬度，且對于賦形波束的情況也沒有充分考慮，使得該方法的應用受限，僅限于對寬波束增益的優化，無法應用于賦形波束陣列天線的增益優化。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于副瓣約束的陣列方向圖增益優化方法，以同時實現對具有低副瓣需求的寬波束增益最大化和賦形波束的方向圖增益最大化。

本發明的技術思路是：通過充分考慮低副瓣約束滿足波束寬度的主波束增益和賦形波束的方向圖增益的最大，通過挖掘原優化問題的本質特性以迭代的方式實現高效、靈活的求解，采用分階段求解的方式充分考慮寬波束及賦形波束方向圖優化的副瓣約束條件，最終得到一組陣列天線的激勵幅度，使得給定主波束范圍內最小陣列方向圖增益達到最大。

根據上述思路，本發明考慮副瓣約束的寬波束及賦形波束陣列方向圖增益優化方法，其特征在于，是通過副瓣約束條件最大化給定主波束范圍內最小陣列方向圖增益，實現步驟包括如下：

(1)基于所給定的陣列指標產生虛擬方向圖并求得初始解x₀：

x₀＝C(F^HF)^-1F^Hb，