[發(fā)明專利]一種低旁瓣陣列天線結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011339428.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112487632A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張峰干;姚敏立;伍宗偉;戴精科;王旭建;徐統(tǒng)民;潘蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
• 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(chuàng)天下知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

本發(fā)明具體公開了一種低旁瓣陣列天線設(shè)計方法，即構(gòu)建一個非均勻天線單元間距的并行陣列天線，其設(shè)計方法采用差分優(yōu)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(yōu)解，在天線陣元間距分布的最優(yōu)解位置設(shè)置天線單元，根據(jù)獲得激勵幅值的最優(yōu)解確立天線單元的耦合槽的開槽長度，根據(jù)獲得的天線陣元間距分布的最優(yōu)解確立天線單元饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶饋線長度；本發(fā)明還公開了一種低旁瓣陣列天線結(jié)構(gòu)；獲得的有益效果是通過改變天線單元間距降低陣列天線的副瓣，同時將坡印廷矢量方法應(yīng)用于耦合槽的設(shè)計使副瓣進(jìn)一步降低，在天線測試時通過設(shè)計可調(diào)微帶饋線彌補(bǔ)天線實際加工時存在的誤差，提高天線性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陣列天線設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種低旁瓣陣列天線結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法。

背景技術(shù)

陣列天線的輻射特性取決于5大要素，分別是天線單元的輻射特性、天線單元間距、天線單元數(shù)量、排列方式和天線單元激勵；在設(shè)計低副瓣天線時，由于尺寸的限制，天線單元數(shù)量和排列方式等要素沒有很大的選擇空間，通常利用解析法專注于天線單元激勵幅值的定量改變，因而忽略了天線單元間距對方向圖的影響。陣列天線一般分為均勻間距和非均勻間距陣列天線兩類，均勻間距天線陣列結(jié)構(gòu)一致，理論分析簡單，易于擴(kuò)大天線規(guī)模，但單高增益和窄波束寬度都需要增大天線孔徑，而增大孔徑意味著要使用更多天線單元，這就導(dǎo)致天線系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，功耗增高，成本升高，給陣列天線設(shè)計帶來一系列問題，如天線的副瓣電平較高，有效輸出功率受限，導(dǎo)致傳輸?shù)男畔⑺俾瘦^低；而非均勻間距陣列天線，由于天線單元間隔不等，天線引入新的變量，設(shè)計自由度增加，在滿足特定間距放置的天線單元可直接降低天線副瓣電平，無需對天線單元激勵進(jìn)行幅度加權(quán)；若將天線單元間距和激勵幅值結(jié)合，則可以進(jìn)一步降低天線的副瓣電平，降低發(fā)射信號對的干擾，同時能將發(fā)射能量集中于波束主瓣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述存在的問題，提出了一種低旁瓣陣列天線結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種低旁瓣陣列天線設(shè)計方法，在于構(gòu)建一個非均勻天線單元間距的并行陣列天線，其設(shè)計方法采用差分優(yōu)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(yōu)解，在天線陣元間距分布的最優(yōu)解位置設(shè)置天線單元，根據(jù)獲得激勵幅值的最優(yōu)解確立天線單元的耦合槽的開槽長度，根據(jù)獲得的天線陣元間距的最優(yōu)解確立所述天線單元饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶饋線長度。

進(jìn)一步地，所述天線陣元間距分布和激勵幅值的最優(yōu)解求解過程如下：

步驟1：由陣列因子(AF)函數(shù)確定陣列天線方向圖函數(shù)，

式中：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(PeakSideLobeLevel)，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(yōu)化目標(biāo)，采用差分優(yōu)化算法，最終目標(biāo)函數(shù)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；