二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种雷达技术领域的二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线，方法包括获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；根据每行每列仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列；计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据，根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比；根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列。实现使用较少的天线实现光栅旁瓣消除的二维相控阵的设计方案和二维相控阵天线排布结构。设计方案和二维相控阵天线排布结构。设计方案和二维相控阵天线排布结构。

【技术实现步骤摘要】
二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其是二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线。

技术介绍

[0002]二维相控阵由多个在二维平面上按一定规律排布的天线构成。二维相控阵可被用于定向发射信号，通过这些天线同时发射（或接收）具备一定相位关系且的电磁波，利用电磁波的干涉效应可以实现定向发射（或接收）信号。通过改变天线间的相位关系，还可以实现对一定角度范围内进行二维扫描，成为相控阵雷达。周期性排布的天线阵列凭借其易于实现、数据容易处理的优势被最早用于相控阵雷达。一般来说，周期性排布的天线阵列要求相邻天线之间间距小于信号载波的半波长，从而消除由于多级干涉导致的光栅旁瓣。然而在特定应用场景或技术条件下（如芯片级激光雷达），无法实现相邻天线之间间距小于信号载波的半波长，这使得光栅旁瓣的抑制成为相控阵雷达的关键技术问题。常用的解决方法是设计一维非周期天线排列在一个维度上抑制光栅旁瓣的强度，并将该设计复用到另一维度上，实现对二维远场的光栅旁瓣抑制。这种方法的弱点在于：1. 需要天线数目过多。一般至少需要数百个天线才能将光栅旁瓣抑制比降低到10dB。
[0003]2. 发射（或接收）信号的效率远低于无光栅旁瓣雷达。非周期天线排列尽管可以有效抑制光栅旁瓣的强度，但是无法将光栅旁瓣的能量重新聚集到主瓣上。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种使用较少的天线实现光栅旁瓣消除的二维相控阵的设计方案和二维相控阵天线排布结构。
[0005]二维相控阵天线设计方法，包括如下步骤：获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；其中，任意天线之间的距离不小于所述最小间距；根据每行每列仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列；计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据，根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比；根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列。
[0006]所述根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比的方法包括：计算每组二维相控阵天线分布阵列的若干远场强度峰值，以最大远场强度峰值和第二大远场强度峰值比值作为信噪比的计算参数。
[0007]所述根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列的方法包括：计算出M种天线分布阵列的信噪比，取M个信噪中比值最大的天线分布阵列为所需二维
相控阵天线。其中，横向和纵向的相邻天线中心点之间的距离小于等于半波长。
[0008]进一步的，任意一组天线分布阵列坐标为（x
j
,y
j
），参数j取值为1~N，其远场分布E(θ
x
, θ
y
)可用如下公式进行求解：其中，本公式中i为虚数单位，k0是光在真空中的传播常数，k0=2π/λ。
[0009]进一步的，所述天线分布阵列的计算方法包括：获取天线数目、波长和天线最小间距，确定（N
‑
1）*（N
‑
1）个边长小于等于半波长的网格；确定第一个天线X坐标，依次以网格边长遍历所有网格点Y坐标；根据第一个天线坐标，确定第i个天线坐标，x
i
取i*d，y
i
依次以网格边长遍历所有网格点Y坐标，取所有s
i,1
>Δs的y
i
，i=1
……
（N
‑
1）d；根据第i个天线坐标，确定第i+1个天线坐标，x
i+1
选择i*d，y
i+1
依次以网格边长遍历所有网格点Y坐标，取所有满足s
i+1,1
>Δs、s
i+1,2
>Δs、
…
、s
i+1,i
>Δs的y
i+1
。
[0010]基于上述方法，本专利技术还提供一种二维相控阵天线，包括以下结构：含有天线数目为N；天线排布在N*N的网格的格点处，每行每列只有一个天线；格点间距相等，且格点间距小于等于半波长；任意天线之间的距离不小于天线最小间距；N个天线在N*N的网格的排布求得的远场分布的信噪比最大。
[0011]基于上述方法，本专利技术还提供一种二维相控阵天线设计装置，即可以实现输入天线数目、格点间距参数，即可以输出所有满足条件的二维相控阵天线，进一步可以直接输出最优解，即信噪比最大的一个二维相控阵天线。该装置包括：输入单元，用于输入天线数目N；输出单元，用于输出基于输入天线数目的指定二维相控阵或最优二维相控阵；处理单元，用于1）计算N*N网格下的N个天线的所有二维相控阵；2）计算所有二维相控阵的远场分布，以及信噪比；3）筛选信噪比最大的二维相控阵；其中，处理单元计算二维相控阵的约束条件为天线位于网格的格点，格点间距相等，且格点间距小于等于半波长，每行每列只有一个天线。
[0012]本专利技术的有益效果：1.本专利技术公开一种二维天线排布方法，构造边长小于等于半波长的正方形格子组成的网格，以两个约束条件为基础，利用天线分布求解算法优化而成的天线排布方法，实现在两个维度上同时消除光栅旁瓣，并使得任意两个天线间距满足技术要求。
[0013]2.本专利技术公开了一种天线分布求解方法：根据约束条件，参考递归解法或迭代解法改编出一种优化求解方法，应用到天线分布的求解方法中，可以快速实现所有天线排布方案的求解。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是二维相控阵天线设计方法的总流程图；图2是N*N等距格点的网格的示意图；图3是天线分布阵列示意图；图4是远场分布示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0017]实施例1：本实施例公开一种二维相控阵天线设计方法，参考附图1，包括以下步骤：获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；其中，任意天线之间的距离不小于所述最小间距；根据每行每列有且仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列，记M种天线分布阵列；计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二维相控阵天线设计方法，其特征在于，包括获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；其中，任意天线之间的距离不小于所述最小间距；根据每行每列仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列；计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据，根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比；根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列。2.根据权利要求1所述的二维相控阵天线设计方法，其特征在于，所述根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比的方法包括：计算每组二维相控阵天线分布阵列的若干远场强度峰值，以最大远场强度峰值和第二大远场强度峰值比值作为信噪比的计算参数。3.根据权利要求1或2所述的二维相控阵天线设计方法，其特征在于，所述根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列的方法包括：计算出M种天线分布阵列的信噪比，取M个信噪中比值最大的天线分布阵列为所需二维相控阵天线。4.根据权利要求1或2所述的二维相控阵天线设计方法，其特征在于，横向和纵向的相邻天线中心点之间的距离小于等于半波长。5.根据权利要求1或2所述的二维相控阵天线设计方法，其特征在于， 任意一组天线分布阵列坐标为（x
j
,y
j
），参数j取值为1~N，其远场分布E(θ
x
, θ
y
)可用如下公式进行求解：其中，本公式中i为虚数单位，k0是光在真空中的传播常数，k0=2π/λ。6.根据权利要求2所述的二维相控阵天线设计方法，其特征在于，所述天线分布阵列的计算方法包括：获取天线数目、波长和天线最小间距，确定（N
‑
1）*（N
‑
1）个边长小于等于半波长的网格；确定第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张其浩，孙笑晨，刘飞，
申请(专利权)人：杭州洛微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：