[發明專利]陣列天線方向圖合成方法、系統、天線設計及測量方法

有效

• 申請號: 202110464960.3
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113361069B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 陳蕾;楊毅夫;羅梁欽;張天齡
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R29/10
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于天線技術領域，公開了一種陣列天線方向圖合成方法、系統、天線設計及測量方法，所述陣列天線方向圖合成方法通過使用測量或仿真得到的饋電結構的S參數矩陣以及天線陣列的S參數矩陣，對激勵天線的幅度相位進行修正，得到更接近實際的天線陣列方向圖。本發明可以在天線設計或天線測量中得到應用，在天線設計中，將天線與饋電結構的仿真分開，在降低仿真復雜度的同時獲得的結果相對直接使用理想幅度相位激勵天線的方法要準確。在天線測量中，將天線整體測量拆分成饋電結構測量與天線單元測量兩步，在避免了大規模陣列在測量方向圖時可能會遇到的饋電結構搭設等問題的同時對結果準確性沒有明顯影響。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，尤其涉及一種陣列天線方向圖合成方法、系統、天線設計及測量方法。

背景技術

天線陣列方向圖是陣列天線的重要性能指標，用于表征陣列天線的輻射性能，是天線的重要指標之一。

對于如何仿真或測量得到陣列天線的方向圖，主要方法有：

(1)使用固定結構的饋電網絡，給予天線固定幅度相位的激勵，直接得到天線整體性能，從而得到天線在某個狀態的方向圖特性，這種方法簡單直接但缺乏靈活性，雖然可以使用巴特勒矩陣等矩陣結構饋電來增加可控范圍，但仍然難以兼顧多種情況。

(2)使用可調的饋電網絡，通過數字可調移相器、物理可調移相器或衰減器等元件控制各個天線單元激勵的幅度和相位，得到不同狀態時的天線方向圖結果，這種方法靈活可控但是難以準確仿真，且會帶來額外成本。

(3)使用天線單元方向圖合成技術，通過陣列天線中各個單元單獨激勵時的天線方向圖，加以后期給與的幅度相位信息，將各個單元的方向圖合成，得到陣列天線在各個掃描角的方向圖，這種方法得到的結果基于理論，不通過整體測試也能有很高的準確度。

但目前這種方法在使用時所用來合成的饋電幅度相位信息往往來源于理想的饋電網絡結構，即通道間完全隔離，且完全匹配的網絡，而在實際使用或測試時，普遍存在的通道間的耦合與通道本身的不匹配，必然使得天線與饋電結構級聯后，天線各個單元的實際饋電幅度相位與僅由饋電結構仿真或測試得到的理論值不同，所以，由傳統的天線單元方向圖合成方法得到的結果并不完全準確。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有方法可以用于得到陣列天線方向圖，但是存在使用固定結構的饋電網絡在設計與測試時過于死板，難以應用于二維相控陣天線等擁有大量不同工作狀態的天線。

(2)現有方法可以用于得到陣列天線方向圖，但是存在使用可調結構的饋電網絡很難在設計時將饋電結構與天線結構聯系在一起。

(3)傳統的天線單元方向圖合成方法由于沒有考慮實際使用時的饋電結構，比如，沒有考慮饋電網絡各端口間的互耦，饋電網絡輸入輸出各端口的反射等實際情況，難以得到更準確結果。

解決以上問題及缺陷的難度為：天線方向圖是用以表征陣列天線輻射性能的重要指標，可以直接指出天線可以實現的功能與性能。陣列天線如今得到了廣泛應用，降低其設計與測試難度并同時保證精度是一個重要的問題。使用陣列單元方向圖合成方法可以顯著降低設計與測試難度，但如何將實際使用環境中的饋電網絡因素準確地納入考慮是問題的難點。

解決以上問題及缺陷的意義為：解決上述技術問題后可以為陣列天線的設計與測量提供一種易于使用并高精度的方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種陣列天線方向圖合成方法、系統、天線設計及測量方法。

本發明是這樣實現的，一種陣列天線方向圖合成方法，所述陣列天線方向圖合成方法包括：

通過對目標天線陣列模型進行仿真或對已加工天線實物進行測試，得到天線陣列的S參數矩陣以及單元遠電場方向圖；