[發明專利]一種低旁瓣陣列天線結構及設計方法

在審

• 申請號: 202011339428.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112487632A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張峰干;姚敏立;伍宗偉;戴精科;王旭建;徐統民;潘蕾
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q1/48
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

1.一種低旁瓣陣列天線設計方法，其特征在于，構建一個非均勻天線單元間距的并行陣列天線，其設計方法采用差分優化算法，得到使副瓣電平最低的天線陣元間距分布和各個天線陣元激勵幅值的最優解，在天線陣元間距分布的最優解位置設置天線單元，根據獲得激勵幅值的最優解確立天線單元的耦合槽的開槽長度，根據獲得的天線陣元間距分布的最優解確立天線單元饋電網絡的微帶饋線長度。

2.根據權利要求1所述的一種低旁瓣陣列天線設計方法，其特征在于，所述天線陣元間距分布和激勵幅值的最優解求解過程如下：

步驟1：由陣列因子(AF)函數確定陣列天線方向圖函數，

其中，x_n是沿陣列天線中心線性向兩邊分布的第n個陣元到陣列天線線性中心位置，I_n是第n個陣元的歸一化激勵幅值，k＝2π/λ，λ是空間波長，u＝sinθθ是方位角；

步驟2：計算峰值的副瓣電平PSLL(Peak Side Lobe Level)，公式為：

式中：u_s為除主瓣峰值以外的副瓣范圍，AF(u_s)為任意副瓣電平，x＝[x₁,x₂,…,x_n]為陣元位置；

步驟3：以d_min≥0.5,d_max≤1和為約束條件，以公式(2)副瓣電平PSLL最小為優化目標，采用差分優化算法，最終目標函數式為：

式中：d_min為陣元歸一化最小間距，d_max為陣元歸一化最大間距；

對上述目標函數進行求解，找到一組滿足優化目標的最優解x＝[x₁,x₂,…,x_n]，I＝[I₁,2₂,…,I_n]值，獲得天線陣元間距分布與及各個陣元的激勵幅度；

在獲得的天線陣元間距分布的位置上設置天線單元。

3.根據權利要求2所述的一種低旁瓣陣列天線設計方法，其特征在于，所述天線單元為三層結構，由下至上依次包括底層基板，中間層，頂層基板，所述底層基板的底面設置微帶饋線，底層基板頂面設置接地板和耦合槽，所述中間層為空氣層，所述頂層基板的底面放置貼片天線陣元。

4.根據權利要求3所述的一種低旁瓣陣列天線設計方法，其特征在于，所述耦合槽確定過程如下：

步驟1：耦合槽設置為H型耦合槽，H型耦合槽的開槽部的坡印廷矢量S由中心指向兩側，且S的矢量方向近似垂直于H型耦合槽所在的平面；

步驟2：能量W與坡印廷矢量S的關系為，

式中：A為H開槽閉合空間；

通過公式(4)計算H型耦合槽的能量。

步驟3：在貼片天線陣元尺寸一定的條件下，設置最小H型耦合槽的中間開槽部長度及H型耦合槽的中間開槽部長度增幅值，通過公式(4)能量計算，獲得不同H型耦合槽的長度與激勵幅值比例關系，選擇一組H型耦合槽的中間開槽部長度與所需最優激勵幅度匹配的參數，設計H型耦合槽的長度。

5.根據權利要求3所述的一種低旁瓣陣列天線設計方法，其特征在于，所述饋電網絡由T型功分器級聯而成，所述T型功分器的各支路饋線輸出端設置微帶饋線，所述微帶饋線延伸至天線單元底層基板的底面，所述各支路的微帶饋線長度不等且可調整，其中，微帶饋線長度的數學關系是基于陣元位置確定的。

6.一種低旁瓣陣列天線結構，其特征在于，包括N個天線單元和饋電網絡，所述N個天線單元中心對稱非均勻分布，所述天線單元為三層結構，包括底層基板，中間層，頂層基板，所述底層基板的底面為微帶饋線，底層基板頂面設置接地板和耦合槽，所述中間層為空氣層，所述頂層基板的底面放置貼片天線陣元，所述貼片天線陣元設置為方形，所述耦合槽中心設置在方形中心，微帶饋線從貼片邊緣中心饋入，且垂直于所述耦合槽，所述饋電網絡為多個T型功分器級聯，所述微帶饋線設置在多個T型功分器的輸出端。