泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法，涉及不等間距陣列天線。根據(jù)綜合增益需求設(shè)定系統(tǒng)所需參數(shù)，分別代入不等距泰勒陣列和指數(shù)陣列得到兩組陣元的分布位置；設(shè)計(jì)一個(gè)余弦權(quán)重函數(shù)將兩組陣元的分布位置相結(jié)合，生成泰勒-指數(shù)復(fù)合陣列的陣元分布位置配置；根據(jù)陣元總數(shù)按4∶3∶2∶1的比例將陣列天線分成8個(gè)模塊，對(duì)模塊內(nèi)部的陣元加載同樣比例的激勵(lì)幅度，獲得泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線。可通過選取合適的余弦權(quán)重函數(shù)，使輻射方向圖的副瓣電平按需控制；可用相位阻抗匹配的比例型功分器實(shí)現(xiàn)模組化饋電網(wǎng)絡(luò)，既保持了簡單饋電網(wǎng)絡(luò)，減少輻射損耗，降低設(shè)計(jì)與制造成本；方向圖綜合更具有按需調(diào)控的靈活性。
【專利說明】泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不等間距陣列天線，尤其是涉及泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低副瓣天線可以有效地抑制其他方向的干擾，是高性能電子系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，許多應(yīng)用場合要求天線的輻射方向圖具有低副瓣的特性，為了能夠更好滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，往往需要把若干個(gè)天線按照某種方式排列構(gòu)成陣列天線。排列方式可分別均勻和不均勻排列，我們將由不均勻排列的陣元組成的陣列稱為不等距陣列，反之為等距陣列。等距陣列天線可以精確地控制各個(gè)陣元的激勵(lì)，以產(chǎn)生低副瓣的輻射方向圖，但是往往需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了系統(tǒng)的輻射損耗，而且增加了天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造難度。
[0003]不等距陣列天線由H.Unz ( H.Unz, Linear arrays with arbitrarilydistributed elements, IRE Transactions on Antennas and Propagation, vol.8，pp.222-223，1960)首次提出，與等距陣列天線相比，不等距陣列天線具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如減少系統(tǒng)所需的陣元數(shù)量、避免輻射方向圖出現(xiàn)柵瓣、實(shí)現(xiàn)低副瓣的輻射方向圖和具有簡單的饋電網(wǎng)絡(luò)等(S.Suarez, G.Leon, M.Arrebolaj L F.Herranj and F.Las-HerasjLinear aperiodic array of microstrip patch antennas with grating lobesreduction, IEEE in Antennas and Propagation Society International Symposium(APSURSI)，2012,pp.1_2)。然而，涉及陣元分布位置的輻射方向圖綜合問題是非線性的，使得不等距陣列天線的方向圖綜合比均勻陣列天線困難和復(fù)雜。
[0004]針對(duì)不等距陣列天線的分析與設(shè)計(jì)，A.1shimaru (A.1shimaruj Theory ofunequally-spaced arrays, IRE Transactions on Antennas and Propagation，Vol.10，N0.6，1962，pp.691-702)提出了一種不等距泰勒陣列的方向圖綜合方法，Y.L.Chow (Y.L.Chow, On grating plateaux of nonuniformly spaced arrays.1EEETransaction on Antennas and Propagation, 1965，13 (2): 208-215)提出了 一種陣元間距按指數(shù)函數(shù)增長的不等距指數(shù)陣列。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的不斷提升，近年來出現(xiàn)了 一系列可應(yīng)用于不等距陣列天線的數(shù)值優(yōu)化算法，如模擬退火法(J.Ferreira andF.Ares, Pattern synthesis of conformal arrays by the simulated annealingtechnique , Electronics Letters, Vol.33，N0.14，1997，pp.1187-1189)、差分進(jìn)化法(J.-L Guo and J.-Y.Li，Pattern synthesis of conformal array antenna in thepresence of platform using differential evolution algorithm, IEEE Transactionson Antennas and Propagation，Vol.57，N0.9，2009，pp.2615-2621 )、遺傳算法(M.A.Panduroj Design of coherently radiating structures in a linear arraygeometry using genetic algorithms, AEU-1nternational Journal of Electronicsand Communications, Vol.61，N0.8，2007，pp.515-520)、粒子群算法(D.MandaljS.Dasj S.Bhattacharjee， et al， Linear antenna array synthesis usingnovel particle swarm optimization, Industrial Electronics & Applications(ISIEA)j 2010 IEEE Symposium on.2010，pp.311-316)、矢量搜尋法(S.Ho and S.Yang, Multiobjective synthesis of antenna arrays using a vector tabu searchalgorithm, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol.8， 2009， pp.947-950)，以及西北工業(yè)大學(xué)的鄭蓮玉等人為降低不等距陣列天線的副瓣電平，提出一種基于非均勻快速傅立葉變換的迭代算法(鄭蓮玉，萬國賓，蔣里芳，基于迭代NUFFT的不等距陣列天線低副瓣方向圖綜合，微波學(xué)報(bào)，vol.29，pp.17-20，2013)。但是以上這些方向圖綜合方法只涉及不等距陣列天線的陣元分布位置，并沒有綜合考慮陣元的分布位置與激勵(lì)幅度，其應(yīng)用往往具有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法。
[0006]本發(fā)明包括以下幾個(gè)步驟:
[0007]I)根據(jù)綜合增益需求設(shè)定系統(tǒng)所需的參數(shù)；
[0008]2)將步驟I)設(shè)定的參數(shù)分別代入不等距泰勒陣列和指數(shù)陣列，得到兩組陣元的分布位置；
[0009]3)設(shè)計(jì)一個(gè)余弦權(quán)重函數(shù)將兩組陣元的分布位置相結(jié)合，生成泰勒-指數(shù)復(fù)合陣列的陣元分布位置配置；
[0010]4)根據(jù)陣元總數(shù)按4: 3: 2: I的比例將陣列天線分成8個(gè)模塊，并對(duì)8個(gè)模塊內(nèi)部的陣元加載同樣比例的激勵(lì)幅度，獲得泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線。
[0011]在步驟I)中，所述參數(shù)包括陣元數(shù)量、陣元最小間距、副瓣電平值、主瓣角度等。
[0012]本發(fā)明可通過選取合適的余弦權(quán)重函數(shù)，使輻射方向圖的副瓣電平可以按需控制，即可按最優(yōu)化為最小，也可形成多峰/多向選擇性福射。
[0013]本發(fā)明提供了泰勒-指數(shù)復(fù)合不等間距陣元配置結(jié)合模組化激勵(lì)幅度多控優(yōu)化方向圖綜合技術(shù)，使方向圖更具有按需調(diào)控的靈活性，既保持了簡單的饋電網(wǎng)絡(luò)，減少了輻射損耗，也降低了設(shè)計(jì)與制造成本，在移動(dòng)接收、測向、導(dǎo)航等領(lǐng)域都具有潛在商業(yè)價(jià)值。本發(fā)明可以用相位阻抗匹配的比例型功分器實(shí)現(xiàn)模組化饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0014]與現(xiàn)有不等距陣列天線的設(shè)計(jì)方法相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)如下:
[0015]1、可通過選取合適的余弦權(quán)重函數(shù)，使輻射方向圖的副瓣電平可以按需控制，既可按最優(yōu)化為最小，也可形成多峰/多向選擇性輻射；
[0016]2、可以用相位阻抗匹配的比例型功分器實(shí)現(xiàn)模組化饋電網(wǎng)絡(luò)，既保持了簡單的饋電網(wǎng)絡(luò)，減少了輻射損耗，又降低了設(shè)計(jì)與制造成本；
[0017]3、激勵(lì)幅度、相位、多元多控優(yōu)化方向圖，使方向圖綜合更具有按需調(diào)控的靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線設(shè)計(jì)方法的流程框圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的關(guān)于陣列中心對(duì)稱的不等距陣列天線示意圖。[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的泰勒陣列、指數(shù)陣列和泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距陣列天線右半部分陣元分布位置。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線右半部分陣元分布位置和激勵(lì)幅度。
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的輻射方向圖。【具體實(shí)施方式】
[0023]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0024]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)計(jì)步驟如下:
[0025]步驟1:根據(jù)綜合增益需求設(shè)定系統(tǒng)所需的參數(shù):陣元數(shù)量、陣元最小間距、副瓣電平值和主瓣角度；
[0026]本實(shí)施例的不等距陣列天線關(guān)于陣列中心對(duì)稱，陣元總數(shù)為2N = 40，陣元的最小間距為2Sl = 0.5λ，副瓣電平為SLL =-30dB，主瓣角度為Θ 0 = 0°，如圖2所示。
[0027]步驟2:將設(shè)定的參數(shù)分別代入一定截?cái)嗑鹊牟坏染嗵├贞嚵泻椭笖?shù)陣列，得到兩組陣元的分布位置；
[0028]一定截?cái)嗑鹊牟坏染嗵├贞嚵械年囋植嘉恢胹和指數(shù)陣列的陣元分布位置 的表達(dá)式分別為:
【權(quán)利要求】
1.泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下幾個(gè)步驟: 1)根據(jù)綜合增益需求設(shè)定系統(tǒng)所需的參數(shù)； 2)將步驟I)設(shè)定的參數(shù)分別代入不等距泰勒陣列和指數(shù)陣列，得到兩組陣元的分布位置； 3)設(shè)計(jì)一個(gè)余弦權(quán)重函數(shù)將兩組陣元的分布位置相結(jié)合，生成泰勒-指數(shù)復(fù)合陣列的陣元分布位置配置； 4)根據(jù)陣元總數(shù)按4: 3: 2: I的比例將陣列天線分成8個(gè)模塊，并對(duì)8個(gè)模塊內(nèi)部的陣元加載同樣比例的激勵(lì)幅度，獲得泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線。
2.如權(quán)利要求1所述泰勒-指數(shù)復(fù)合不等距模組化陣列天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于在步驟I)中，所述參數(shù)包括陣元數(shù)量、陣元最小間距、副瓣電平值、主瓣角度。
【文檔編號(hào)】H01Q21/00GK103715518SQ201410032356
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】游佰強(qiáng), 蔡龍瑞, 周建華, 李文卓, 薛團(tuán)輝, 周濤 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)