陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及模組化陣列天線，尤其是設及含零陷和模組饋電優(yōu)化的陣列天線泰 勒-謝昆諾夫多項式（Taylor-SPM)設計方法。
【背景技術】
[0002] 現代無線通信系統(tǒng)，特別是雷達、導航和衛(wèi)星通信等遠距離通信，往往要求發(fā)射和 接收端的天線具有低副瓣電平的福射特性，使系統(tǒng)擁有較好的抗干擾、抗反福射能力和抑 制雜波等能力。為達到此要求，往往把若干個天線排列構成陣列天線。對陣列天線可W直 接用化ylor綜合法處理，該樣福射方向圖的副瓣電平值雖然可W達到預設值，但是因各個 陣元激勵幅度不同，甚至發(fā)生跳變，其饋電網絡往往比較復雜，不利于設計與實現。因此，如 果將陣列天線劃分為一定數量的子陣，則陣列天線的方向圖綜合就可W分解成子陣的方向 圖綜合問題，稱為陣列天線的模組化優(yōu)化設計。
[0003] 陣列天線的模組化設計方法由加州大學的兩位學者T.化ockettand Y.民ahmat-Samii(T.BrockettandY.民ahmat-Samii.Ontheimportanceof sub-過rr過ydesigninthesuppressionofundesirablegratinglobes[C]. PhasedArraySystemsandTechnology(A民RAY)，2010IEEEInternationalSymposium on. 2010,pp. 745-750)于2010年首次提出，這種劃分子陣的方法可臥降低計算的復雜度， 使饋電網絡的設計與制作簡化巧.BrockettandY.Rahmat-Samii.Sub-arraydesign diagnosticsforthedevelopmentoflargeuniformarrays[C].Antennasand Propagation(AP洲RSI), 20111邸EInternationalSymposiumon.2011,pp.938-941)。
[0004] 然而，由于模組么間的間距往往超過一個波長，導致模組化陣列天線的嬌射方向 圖產生柵瓣。文獻（T.Suda,T.TakanoandY.Kazama.Gratinglobesuppressioninan arrayantennawithelementspacinggreaterthanahalfwavelength[C].Antennas andPropagationSocietyInternationalSymposium(APSU民SI)，2010IEEE. 2010,pp. 1-4) 指出當陣元么間的間距大于半波長時，則陣因子就有可能出現柵瓣的不利影響。
[0005]由于柵瓣會使天線的嬌射效率和抗干擾能力下降，許多學者紛紛提出了多種方法 來抑制柵瓣，其中包括非巧勻子陣（N.Toyama,Aperiodicarrayconsistingofsubarrays foruseinsmallmobileearthstations[J].AntennasandPropagation,IEEE ^'ransactionson，Vol?53，No?6,2005，pp?2004-2010)、重疊子陣（何誠，劉永普，波束 形成網絡中重疊子陣的設計[J].雷達科學與技術，Vol. 02, 2003,pp. 120-124)和旋轉 子陣（P.HallandM.Smith.Sequentiallyrotatedarrayswithreducedsidelobe levels[C].Microwaves,AntennasandPropagation,lEEProceedings. 1994,pp. 321-325) 等，這些方法共同點是通過打破陣列天線的周期性，進而達到抑制柵瓣的目的 (民.Mailloux.Arraygratinglobesduetoperiodicphase,amplitude,andtimedelay quantization[J].AntennasandPropagation,IEEETransactionson,Vol. 32,No. 12, 198 4,pp. 1364-1368)。但是臥上這些方法沒有實現按需可控性設計，且沒有綜合考慮側瓣與饋 電方式和激勵幅度的相互影響因素，其應用往往具有很大的局限性。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種含零陷和模組饋電優(yōu)化的陣列天線泰勒-謝昆諾夫 多項式（Taylor-SPM)設計方法。
[0007] 本發(fā)明包括W下步驟：
[000引1)選定陣列天線參數；
[0009] 2)將陣列天線劃分為至少2個模組；
[0010] 3)選用泰勒（Taylor)綜合法計算模組的陣因子方向圖；
[0011] 4)選用謝昆諾夫（SPM)綜合法得到帶有零陷的方向圖，使零陷角度與陣因子方向 圖的柵瓣角度相對應；
[0012] 5)用方向圖相乘原理，抵消陣因子方向圖的柵瓣，實現低副瓣福射方向圖，通過預 設的零陷角度調控各個陣元的激勵幅度；
[001引6)若得到的低副瓣福射方向圖不能滿足設計要求，則回到步驟2)對陣列天線重 新分組。
[0014] 在步驟1)中，所述陣列天線參數可包括但不限于天線口徑大小、陣元數量、模組 數量、預設的自然數參量、副瓣電平值等。
[0015] 在步驟2)中，所述將陣列天線劃分的方法可取決于模組陣因子方向圖的柵瓣個 數，一般M個柵瓣需要M+1個模組內部陣元產生M個零陷來抵消；所述柵瓣的寬度較小，若 柵瓣寬度較大時可增加模組內部陣元數量和控制角度偏移量A來產生更多的零陷和調整 零陷角度W完全抵消陣因子的柵瓣。
[0016] 在步驟5)中，所述預設的零陷角度是與模組陣因子的柵瓣角度相對應。
[0017] 本發(fā)明推導出可W直接應用于離散陣列的化ylor綜合法，并將整個陣列天線劃 分為一定數量的模組，進而將推導的化ylor綜合法直接運用于模組。
[001引本發(fā)明可通過選定模組內陣元數量W及合適的角度偏移量靈活控制預設的零陷 數量和角度來完全抵消陣因子的柵瓣。
[0019] 本發(fā)明提供了結合化ylor-SPM綜合法的模組化陣列天線方向圖綜合技術，整個 綜合過程簡單，算法的收斂速度快，既容易獲得低副瓣的福射方向圖，又保持了簡單的饋電 網絡，減小了福射損耗，在雷達、導航和衛(wèi)星通信等領域具有潛在的商業(yè)價值。本發(fā)明在當 陣列的主瓣角處于掃描狀態(tài)時，SPM綜合法仍能夠有效地應用于低副瓣模組化陣列天線，消 除陣因子方向圖的柵瓣。
[0020] 與現有的其他模組化陣列天線設計方法相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點如下：
[0021] 1、通過離散陣列化ylor綜合法可W直接計算離散陣列天線的陣因子，省略了激 勵電流的抽樣離散化步驟，簡化了設計流程。
[002引 2、可通過選取合適的模組內陣元數量、角度偏移量，使SPM綜合法產生的零陷預 設數量和角度按需控制，最終剛好完全抵消模組陣因子的柵瓣。
[0023] 3、可通過預設的零陷角度按需調控各個陣元的激勵幅度。
[0024] 4、可用相位阻抗匹配的等功率分配器實現模組化饋電網絡，減少福射損耗，簡化 了饋電網絡的設計與制作，降低設計與制造成本。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實施例的直線周期陣列模組化天線示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明實施例的對模組分別采用化ylor綜合法和陣元均勻激勵時的兩種 陣因子方向圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明實施例的采用化^or-SPM綜合法后復變量Z在單位圓上的可見區(qū) 范圍及零點位置。
[0028] 圖4為本發(fā)明實施例的采用化^or-SPM綜合法的模組和陣因子福射方向圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明實施例的采用SPM綜合法的模組化化ylor直線陣列天線總的福射 方向圖。
[0030] 圖6為本發(fā)明實施例的采用SPM綜合法的模組化化ylor直線陣列天線的歸一化 激勵幅度。
[003U圖7本發(fā)明實施例的主瓣角目。=30。時采用h^or-SPM綜合法的模組和陣因 子福射方向圖.
[0032] 圖8為本發(fā)明實施例的主瓣角目。=30。時采用化ylor-SPM綜合法的陣列天線 總的福射方向圖。
【具體實施方式】
[0033] W下實施例將結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0034] 本發(fā)明實施例的設計步驟如下：
[0035] 步驟1;根據系統(tǒng)所需方向圖綜合參數選定陣列天線口徑大小、陣元數量、陣元間 距和副瓣電平；
[0036]本實施例中的天線口徑大小1 = 16. 2A，陣元數量為3N,= 27,N。為模組數，副瓣 電平為化L=-40地，W間距屯二1. 8A為周期直線分布，A為自由空間波長，如圖1所示。
[0037] 步驟2 ;根據陣元總數將陣列天線劃分為9個模組；
[003引為達到系統(tǒng)要求的副瓣電平化L = -40地，本實施例將該陣列天線暫劃分為9個模 組。
[0039] 步驟3 ;選用離散陣列綜合法計算模組的陣因子方向圖；
[0040]對模組采用化^or綜合法，設定預設的自然數參量6，S化=-40地，通過傳統(tǒng) 化ylor綜合法推導得出離散陣列天線化ylor綜合法的陣因子計算公式為：
[0041]
【主權項】
1. 陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 選定陣列天線參數； 2) 將陣列天線劃分為至少2個模組； 3) 選用泰勒（Taylor)綜合法計算模組的陣因子方向圖； 4) 選用謝昆諾夫（SPM)綜合法得到帶有零陷的方向圖，使零陷角度與陣因子方向圖的 柵瓣角度相對應； 5) 用方向圖相乘原理，抵消陣因子方向圖的柵瓣，實現低副瓣輻射方向圖，通過預設的 零陷角度調控各個陣元的激勵幅度； 6) 若得到的低副瓣輻射方向圖不能滿足設計要求，則回到步驟2)對陣列天線重新分 組。
2. 如權利要求1所述陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法，其特征在于在步驟1) 中，所述陣列天線參數包括但不限于天線口徑大小、陣元數量、模組數量、預設的自然數參 量、副瓣電平值。
3. 如權利要求1所述陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法，其特征在于在步驟2) 中，所述將陣列天線劃分的方法取決于模組陣因子方向圖的柵瓣個數，M個柵瓣需要M+1個 模組內部陣元產生M個零陷來抵消。
4. 如權利要求1所述陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法，其特征在于在步驟5) 中，所述預設的零陷角度是與模組陣因子的柵瓣角度相對應。
【專利摘要】陣列天線泰勒-謝昆諾夫多項式設計方法，涉及模組化陣列天線。1)選定陣列天線參數；2)將陣列天線劃分為至少2個模組；3)選用Taylor綜合法計算模組的陣因子方向圖；4)選用SPM綜合法得到帶有零陷的方向圖，使零陷角度與陣因子方向圖的柵瓣角度相對應；5)用方向圖相乘原理，抵消陣因子方向圖的柵瓣，實現低副瓣輻射方向圖，通過預設的零陷角度調控各個陣元的激勵幅度；6)若得到的低副瓣輻射方向圖不能滿足設計要求，則回到步驟2)對陣列天線重新分組?？赏ㄟ^預設的零陷角度調控各個陣元的激勵幅度；利用相位阻抗匹配的等功率分配器實現模組化饋電網絡，減少輻射損耗，降低設計與制造成本。
【IPC分類】H01Q21-29
【公開號】CN104701639
【申請?zhí)枴緾N201510155810
【發(fā)明人】周建華, 李堅, 游佰強, 李世沖, 蔡龍瑞, 李 杰
【申請人】廈門大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年4月3日