[發明專利]基于角反射效應的陣列天線嵌入式集成設計方法

有效

• 申請號: 202011271843.7
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112434454B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 吳為軍;奚秀娟;陶理;鄭生全;陳亮
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;H01Q21/06;H01Q3/30;H01Q1/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;李丹

本發明公開了一種基于角反射效應的陣列天線嵌入式集成設計方法，包括以下步驟：1)采用有限元全波電磁算法仿真分析相控陣陣列天線E面和H面的輻射特性，獲得輻射方向圖；2)在相控陣陣列天線的下方設置用于控制陣陣列天線后向輻射的矩形金屬底板；3)根據陣列天線的物理尺寸、輻射特性、陣列天線波束掃描角度范圍、以及嵌入集成深度，設計錐臺式天線安裝孔徑和錐臺傾角的初始值；4)進行陣列天線與錐臺式嵌入集成安裝孔徑一體化輻射特性仿真，根據輻射特性仿真結果調整優化錐臺式天線安裝孔徑尺寸和錐臺傾角。本發明陣列天線采用嵌入式集成設計，實現了陣列天線與安裝平臺的完美共形集成，并提高了陣列天線增益。

技術領域

本發明涉及電磁兼容與天線技術，尤其涉及一種基于角反射效應的陣列天線嵌入式集成設計方法。

背景技術

隨著相控陣天線技術日益成熟，成本大大降低，以及相控陣天線具有波束掃描快、波束賦形便捷、便于與安裝平臺共形集成等優點，而被廣泛用作特種車輛、船舶等平臺的通信、雷達、導航設備的發射與接收天線。

相控陣陣列天線共形集成于安裝平臺涉及的技術主要有相控陣陣列天線設計技術與陣列天線共形集成安裝孔徑設計技術。對于相控陣陣列天線設計技術，首先根據陣列天線的增益，波束形狀的要求，采用陣列天線綜合方法，獲得陣列天線陣元的排布形式，陣元的激勵幅度與相位；再采用有限元、矩量法等數值仿真方法，建立相控陣陣列天線輻射模型，優化陣列天線陣元的排布尺寸，以及陣元激勵幅度與相位，獲得滿足要求的陣列天線輻射特性。對于陣列天線共形集成安裝孔徑設計技術，在設計好相控陣陣列天線的基礎上，通過對安裝平臺的集成安裝天線孔徑的形狀與尺寸進行設計，使相控陣陣列天線共形集成安裝于平臺后，仍能保持相控陣陣列天線原輻射特性，或將輻射特性惡化控制在工程可接受范圍內。

本專利提出的基于角反射效應的陣列天線嵌入式共形集成設計方法，改變了陣列天線傳統被動共形集成于安裝平臺的設計方式，將陣列天線共形集成問題轉化為角反射器天線設計問題，從而實現陣列天線嵌入式共形集成于平臺后，輻射特性不僅不會惡化，反而能得到改善。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于角反射效應的陣列天線嵌入式集成設計方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于角反射效應的陣列天線嵌入式集成設計方法，包括以下步驟：

1)采用有限元全波電磁算法仿真分析相控陣陣列天線E面和H面的輻射特性，獲得輻射方向圖；

2)在相控陣陣列天線的下方設置用于控制陣陣列天線后向輻射的矩形金屬底板；

3)根據陣列天線的物理尺寸(包括陣列天線的長、寬和高)、輻射特性、陣列天線波束掃描角度范圍、以及嵌入集成深度(陣列天線頂端與錐臺式天線安裝孔徑面的距離)，設計錐臺式天線安裝孔徑底部尺寸和錐臺傾角大小；

所述陣列天線的物理尺寸包括陣列天線的長、寬和高；

所述陣列天線的嵌入集成深度為陣列天線頂端與錐臺式天線安裝孔徑面的距離；

4)進行陣列天線與錐臺式嵌入集成安裝孔徑一體化輻射特性仿真，根據陣列天線的輻射特性仿真結果調整優化錐臺式天線安裝孔徑底部尺寸和錐臺傾角。

按上述方案，所述步驟3)中錐臺式天線安裝孔徑的初始值根據步驟2)，以陣列天線下方矩形地板使陣列天線具有較好輻射特性的尺寸，作為錐臺式天線安裝孔徑底部的初始尺寸；

按上述方案，所述步驟3)中錐臺傾角的初始值根據陣列天線的物理尺寸(包括陣列天線的長、寬和高)、陣列天線波束掃描角度范圍、以及嵌入集成深度(陣列天線頂端與錐臺式天線安裝孔徑面的距離)，以陣列天線最大掃描角的主波束不被錐臺式天線安裝孔徑頂部遮擋為選擇，推算錐臺傾角初始值。

本發明產生的有益效果是：