一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，（1）将预期的测试区域进行网格化，划分为多个聚焦点；（2）以聚焦点获得聚焦基函数，得到新的阵元幅相分布；（3）将得到的幅相分布带入相控阵，计算测试区场强；（4）比较测试区域各聚焦点场强和期望场强，再次得到新的幅相分布；（5）重复步骤（3）~（4），直至测试区域场强均匀性满足要求，此时的阵元幅相记为最优分布；此方法可对给定规模的相控阵进行综合，得到其馈电幅相项分布，从而在相控阵近场区产生高强度（大于1000V/m）、宽范围（1m以上）、场均匀性较好（小于1dB）的近场聚焦波束，满足电磁兼容领域的测试要求。电磁兼容领域的测试要求。电磁兼容领域的测试要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种相控阵天线的近场波束控制方法。

技术介绍

[0002]随着军队信息化建设的快速推进和现代战场电子对抗的日趋激烈，战场外 部射频电磁环境呈现出了剧烈化、复杂化的趋势，电磁环境对武器装备产生的效 应日益显著，电磁不兼容问题不断显现，成为制约战斗力发挥甚至决定战争成败 的关键因素之一；必须深入研究外部射频电磁环境敏感性测试技术，为武器装备 电磁环境效应评估提供试验能力。
[0003]随着GJB1389A《系统电磁兼容性要求》和GJB 8848
‑
2016《系统电磁环境 效应试验方法》的陆续发布，外部射频电磁环境敏感性测试的对象逐渐推广至飞 机、导弹等大型系统级测试对象；军用电磁兼容测试领域对发射源产生的考核电 磁场要求越来越高，需要发射源在近场区产生高至数千伏米(大于1000V/m)， 波束宽度宽至1m以上，且场均匀性较好(小于1dB)的波束。
[0004]相控阵天线以其高增益、易于波束赋形、快速扫描能力，广泛应用于雷达、 天文、通信领域，是实现该考核场最有希望的技术形式，但目前有关相控阵的报 道多集中在远场波束形成，且波束宽度较窄，测试区的场均匀性较差(大于3dB)， 不能满足军用电磁兼容性测试要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，包括如下 步骤：(1)将预期的测试区域进行网格化，划分为多个聚焦点；(2)以聚焦点的空间位置作为聚焦目标，确定相控阵各阵元的幅相分布，作为 该聚焦点的聚焦基函数；(3)依次遍历所有聚焦点，获得一组聚焦基函数，将各聚焦基函数的初始权重 设置为1并求和，得到新的阵元幅相分布；(4)将得到的幅相分布带入相控阵，计算测试区场强；(5)比较测试区域各聚焦点场强和期望场强，对于高于期望场强的聚焦点，减 小其基函数权重，低于期望场强的聚焦点，增加其基函数权重；(6)以新的权重对基函数进行求和，得到新的幅相分布；(7)重复步骤(4)～(6)，直至测试区域场强均匀性满足要求，此时的阵元幅 相记为最优分布。
[0006]优选地，其中步骤(1)包括：相控阵为M
×
N的矩形方阵，沿xoy面分 布，各阵元坐标为(x
mn
,y
mn
,0)，其中0＜m＜M,0＜n＜N，测试区域为a
×
b的矩 形，位于z＝R平面，相控阵能在测试区域产生场均匀性较好的矩形焦斑，场强 上限E
max
，下限为E
min
；测试区域网格化的网格间距等于相控阵聚焦波束半宽， 即公式：
式中：D—网格间距，R—测试区域和相控阵阵面的距离，λ—波长，d—相控阵阵元间距，对公式(1)得到的D向上取整得到D0，作为实际使用的网格间距，针对a
×
b 的矩形，划分的聚焦点坐标为式中：I＝a/D0+1；J＝b/D0+1。
[0007]优选地，步骤(2)包括：对聚焦点P
i,j
(坐标x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
)，相控阵幅度 分布采用余弦分布以降低副瓣，幅度计算公式如下幅相分布计算公式如下式中：k—空间波数，k＝2π/λ，∠—求取复数角度， 依次将各阵元坐标(x
mn
,y
mn
,0)带入公式(4)，可以得到聚焦于点P
i,j
的相控阵幅 相分布A
i,j
(A
i,j
为一个M
×
N矩阵，矩阵元素a
mn
)。
[0008]优选地，步骤(3)包括：依次将各聚焦点P
i,j
带入公式(4)，得到不同聚 焦点对应的相控阵幅相分布，作为一组聚焦基函数A
i,j
(1≤i≤I,1≤j≤J)；设置 各个聚焦点的初始权
重为1，则权重矩阵B的矩阵元素B
i,j
均为1，对聚焦基函数进行求和得到新的阵元幅相分布A0[0009]优选地，步骤(4)包括：将新阵元幅相分布A0带入相控阵，计算在测试区域各考察点P
i,j
(可直接将聚焦点坐标作为考察点坐标)产生的电场电平E
t
，使用如下计算公式：式中：η—空间波阻抗，η＝120π，—测试区域考察点与天线阵元夹角，—测试区域考察点与天线阵元的距离，Δx＝x
mn
‑
x
ij
，Δy＝y
mn
‑
y
ij
，Δz＝R，—测试区域考察点与天线阵元的距离，G(θ)—阵元天线方向图，是夹角θ的函数，P
mn
＝|A0|
mn
—阵元馈电幅度，—阵元馈电相位。
[0010]进一步地，步骤(5)包括：将步骤(4)中计算出的场强E
t0
(x
i,j
,y
i,j
,R)与测试区域期望场强进行比较，调整基函数权重矩阵B，对于高出期望场强上限的点，减小该聚焦点对应的基函数权重B
i,j
，对于低于期望场强下限的点，增加该聚焦点对应的基函数权重B
i,j
，新的权重矩阵记为B1。
[0011]进一步地，步骤(6)包括：将更新后的基函数权重B1带入公式(5)，计算新的阵元幅相分布A1。
[0012]进一步地，步骤(7)包括：将A1带入公式(6)，计算测试区域新的场强分布E
t1
(x
i,j
,y
i,j
,R)，再次与期望场强进行比较，调整基函数权重矩阵B，重复步骤(4)～(6)，直至测试区域场强E
t
(x
i,j
,y
i,j
,R)均落入期望场强范围内，将此时的基函数权重矩阵带入公式(4)，求得的相控阵幅相分布即为最终分布；得到最终的测试区域场强后，根据如下公式计算场均匀性：Ep＝20(lg(E
max
)
‑
lg(E
min
))(7)
式中：E
max
—测试区域内场强最大值，V/mE
min
—测试区域内场强最小值，V/m。技术效果
[0013]本技术方案提出了一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，可对 给定规模的相控阵进行综合，得到其馈电幅相项分布，从而在相控阵近场区产生 高强度(大于1000V/m)、宽范围(1m以上)、场均匀性较好(小于1dB)的近 场聚焦波束，满足电磁兼容领域的测试要求。
附图说明
[0014]图1相控阵和测试区域示意图图2实施例1相控阵幅度分布图3实施例1相控阵相位分布图4实施例1测试区域场分布图5实施例1相控阵幅度分布图6实施例1相控阵相位分布图7实施例1测试区域场分布(正视图)图8实施例1测试区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将预期的测试区域进行网格化，划分为多个聚焦点；(2)以聚焦点的空间位置作为聚焦目标，确定相控阵各阵元的幅相分布，作为该聚焦点的聚焦基函数；(3)依次遍历所有聚焦点，获得一组聚焦基函数，将各聚焦基函数的初始权重设置为1并求和，得到新的阵元幅相分布；(4)将得到的幅相分布带入相控阵，计算测试区场强；(5)比较测试区域各聚焦点场强和期望场强，对于高于期望场强的聚焦点，减小其基函数权重，低于期望场强的聚焦点，增加其基函数权重；(6)以新的权重对基函数进行求和，得到新的幅相分布；(7)重复步骤(4)～(6)，直至测试区域场强均匀性满足要求，此时的阵元幅相记为最优分布。2.根据权利要求1所述的一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：相控阵为M
×
N的矩形方阵，沿xoy面分布，各阵元坐标为(x
mn
,y
mn
,0)，其中0＜m＜M,0＜n＜N，测试区域为a
×
b的矩形，位于z＝R平面，相控阵能在测试区域产生场均匀性较好的矩形焦斑，场强上限E
max
，下限为E
min
；测试区域网格化的网格间距等于相控阵聚焦波束半宽，即公式：式中：D—网格间距，R—测试区域和相控阵阵面的距离，λ—波长，d—相控阵阵元间距，对公式(1)得到的D向上取整得到D0，作为实际使用的网格间距，针对a
×
b的矩形，划分的聚焦点坐标为式中：I＝a/D0+1；J＝b/D0+1。3.根据权利要求2所述的一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：对聚焦点P
i,j
(坐标x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
)，相控阵幅度分布采用余弦分布以降低副瓣，幅度计算公式如下
幅相分布计算公式如下式中：k—空间波数，k＝2π/λ，∠—求取复数角度，依次将各阵元坐标(x
mn
,y
mn
,0)带入公式(4)，可以得到聚焦于点P
i,j
的相控阵幅相分布A
i,j
(A
i,j
为一个M
×
N矩阵，矩阵元素a
mn
)。4.根据权利要求3所述的一种基于聚焦基函数的相控阵近场波束控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：依次将各聚焦点P
i,j
带入公式(4)，得到不同聚焦点对应的相控阵幅相分布，作为一组聚焦基函数A
i,j
(1≤i≤I,1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭江，宋佳佳，周闯，翟锋涛，白瑞杰，豆向波，张慧，苗胜，
申请(专利权)人：陕西海泰电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：