[發(fā)明專利]一種基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線及設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110113429.1
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112952402B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱小奇;趙波;陳劍;史永康
• 申請（專利權(quán)）人: 北京遙測技術(shù)研究所;航天長征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;G06F30/27
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 劉秀祥

一種基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線，選擇均勻分布4×4單元構(gòu)成基本子陣，并選擇將2×2個基本子陣進(jìn)一步構(gòu)成模塊，模塊內(nèi)子陣的排布規(guī)則為子陣相互錯位，共包含2種互為鏡像的錯位排布規(guī)則，進(jìn)而形成2種互為鏡像的模塊。所述的2種模塊構(gòu)成模塊庫，在模塊庫中隨機(jī)選擇合適的模塊拼接成天線陣列，并采用遺傳算法對選取的模塊類型進(jìn)行優(yōu)化，從而可以顯著改善柵瓣抑制能力。本發(fā)明提出的基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線可以有效抑制柵瓣電平，并且模塊化程度高，這能夠極大地降低陣列天線系統(tǒng)中饋電網(wǎng)絡(luò)、T/R組件的設(shè)計(jì)難度，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜度和造價。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線及設(shè)計(jì)方法，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相控陣天線是相控陣?yán)走_(dá)的重要組成部分，通過獨(dú)立控制各輻射單元的幅度和相位，可以快捷地改變陣列的波束指向和波束形狀，相控陣天具有快速掃描、波束捷變、空間功率合成和多波束等優(yōu)點(diǎn)，在各種類型的地基、艦載、機(jī)載、星載雷達(dá)中得到廣泛應(yīng)用。為了提高相控陣天線的作用距離和范圍，陣列天線的增益面臨著越來越高的要求和挑戰(zhàn)，因此陣列天線孔徑也不斷增大。對大孔徑相控陣天線而言，當(dāng)單元間距仍保持半波長左右時，相控陣天線的有源通道數(shù)量急劇上升，不僅會導(dǎo)致系統(tǒng)成本劇增，而且會增大系統(tǒng)的散熱、重量、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)施難度。因此對大孔徑相控陣天線而言，通過增大單元間距可以顯著降低有源通道數(shù)量，從而有效解決上述難題。然而，當(dāng)單元間距超過一個波長時，若陣列天線仍均勻排布，其結(jié)構(gòu)周期性必然會導(dǎo)致陣因子方向圖出現(xiàn)柵瓣，進(jìn)而導(dǎo)致主波束能量降低甚至引起誤跟蹤。為了抑制柵瓣，必須打破陣列天線排布的周期性，采用非周期陣列排布，這又通常分為兩大類：單元級非周期和子陣級非周期陣列排布。

單元級非周期陣列又可以分為稀疏陣列和稀布陣列。稀疏陣列是指均勻滿陣中隨機(jī)剔除部分天線單元形成的陣列，其單元間距是均勻滿陣單元間距的整數(shù)倍。稀布陣列是指天線單元隨機(jī)分布的陣列，其單元間距通常僅需不小于最小單元間距即可。單元級非周期陣列在抑制柵瓣電平的同時還可以改善副瓣電平，然而單元級非周期排布極大地增加饋電網(wǎng)絡(luò)、T/R組件、波束控制的復(fù)雜程度，模塊化程度低，不利于相控陣天線的批量生產(chǎn)、維修，工程實(shí)現(xiàn)難度大，限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

子陣級非周期陣列是指基于等間距或不等間距的小陣進(jìn)行非周期排布構(gòu)成的整個大陣，基于子陣的非周期布陣方式不僅可以抑制柵瓣電平，同時模塊化程度高，大大降低了饋電網(wǎng)絡(luò)、T/R組件、波束控制的設(shè)計(jì)難度，對子陣的批量生產(chǎn)、維修提供了極大便利。子陣級非周期陣列的排布形式一般包括旋轉(zhuǎn)子陣、錯位子陣、隨機(jī)排布子陣、弧形環(huán)柵陣、梯形環(huán)柵陣、非規(guī)則子陣(如L形子陣)、非均勻子陣等。現(xiàn)有技術(shù)中采用子陣單元間距從中心至邊緣逐漸增大的布陣方式抑制柵瓣，該方案需要采用多種不同單元間距的子陣，這大大增加了饋電網(wǎng)絡(luò)和T/R組件的設(shè)計(jì)和加工復(fù)雜度；采用其他陣布陣方式，也存在容易引起交叉極化惡化、加工難度較大、工程實(shí)現(xiàn)困難等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線及設(shè)計(jì)方法，選擇均勻分布4×4單元構(gòu)成基本子陣，并選擇將2×2個基本子陣進(jìn)一步構(gòu)成模塊，模塊內(nèi)子陣的排布規(guī)則為子陣相互錯位，共包含2種互為鏡像的錯位排布規(guī)則，進(jìn)而形成2種互為鏡像的模塊。所述的2種模塊構(gòu)成模塊庫，在模塊庫中隨機(jī)選擇合適的模塊拼接成天線陣列，并采用遺傳算法對選取的模塊類型進(jìn)行優(yōu)化，從而可以顯著改善柵瓣抑制能力。本發(fā)明提出的基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線可以有效抑制柵瓣電平，并且模塊化程度高，這能夠極大地降低陣列天線系統(tǒng)中饋電網(wǎng)絡(luò)、T/R組件的設(shè)計(jì)難度，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜度和造價。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于鏡像模塊的子陣級非周期陣列天線，包括：

多個模塊，每個模塊包括多個子陣，每個子陣包括多個天線單元；

每個子陣內(nèi)的多個天線單元采用矩形柵格均勻排布；

每個模塊內(nèi)的多個子陣采用錯位排布；所有模塊分為兩種，互為鏡像；