球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法。将天线阵列分布在球冠上，口径场分布在由两个及以上圆形阵列组成的球冠上，圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，每一个圆上布置有天线单元，同一个圆上至少有3个天线单元，且同一个圆上的天线单元中心对称并均匀分布在球冠上。口径场分布通过基于贝塞尔函数的参数加权方法进行调节，得到赋形不同种类波束的连续口径场分布；通过离散方法计算得到不同种类波束对应的圆形阵列中每一个圆的半径和天线单元激励。本发明专利技术解决了球面共形阵列天线的设计，避免了复杂坐标转换等计算和无序的多维优化过程，可广泛应用于相控阵雷达及舰艇等共形阵列天线的设计，实现波束的快速赋型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种共形阵列天线的设计方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
随着无线通信与现代军事技术的发展，能够与载体外形相互吻合的天线系统——共形天线的研究正在日渐得到人们的重视。阵列天线由很多天线单元组成，这些天线单元共形于物体的表面，以减少或消除窒气动力学性能的影响，这种天线称为共形天线。共形天线具有剖面低，重量轻，易于安装于飞行器表面等优点，使得在天线技术不断发展的今天，共形天线越来越多的应用于诸多领域，其中共形天线由于其独有的优点在现代雷达中得到广泛地应用:首先，与其载体表面共形，对载体本身的空气动力学性能影响不大；其次，在保证天线性能的条件下，采用共形天线可以简化天线安装；而且目前普遍采用的平面相控阵列天线还存在很多问题，如:波束扫描范围窄，天线单元之间的互耦效应与扫描角相关等。球面阵列天线就是指所有阵元分布在一个球体表面，通常是分布在球冠的表面。球面阵列天线作为共形天线的一种，自然具备共形天线所有的优点。但由于自身形状的独特性，又使得它拥有一般阵列天线所不具有的辐射特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下: 1)将天线阵列分布在球冠的口径上，口径场分布在由两个及以上圆形阵列组成的球冠上，圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，每一个圆形阵列上布置有天线单元，同一个圆形阵列上至少有3个天线单元，且同一个圆形阵列上的天线单元中心对称并均勻分布在同一球冠上，整个球冠上的口径场分布关于球冠顶点和球心的连线旋转对称； 2)所述的球冠的球面度小于2，即所述的球冠小于半球面； 3)所述的口径场分布通过基于贝塞尔函数的参数加权进行调节，得到不同种类波束的连续口径场分布； 4)将步骤3)得到的连续口径场分布通过离散方法计算得到不同种类波束对应的圆形阵列中每一个圆的半径和天线单元激励。所述的基于者贝塞尔函数的参数加权调节方法，采用贝塞尔函数的内部加权或者外部加权，内部加权采用尺度变换的方法，外部加权采用线性函数或者指数函数的方法。所述的不同种类波束是笔形波束、平顶波束或等通量波束。所述的离散方法计算，是采用采样离散方法或者口径场分布累积函数计算方法。所述的每一个圆形阵列中天线单元激励，利用功分器来实现，功分器采用多级馈电网络方式，并利用微带线或者带状线来实现。本专利技术具有的有益的效果是: 本专利技术提够和建立了一种基于连续球冠口径场分布的共形阵列天线模型，上述模型能够快速地评估某一个球冠口径上通过圆形阵列实现不同种类波瓣图的可行性。同时提供了一种确定性的方法，首先通过加权的方法得到合适的基于贝塞尔函数的连续口径分布，然后离散计算得到分布在球冠上的圆形阵列，模型简单有效，避免一些直接优化共形阵列的随机优化算法，如遗传算法、粒子群算法、蚂蚁算法等复杂模型和非常大运算量。为大型球面共形阵列天线的设计提供了一种确定性的方法，同时球冠口径由于具有其独特的特点，与载体面共形，旋转对称等特点广泛应用在现代雷达等各种场合。口径综合方法是一种基于口径场分布与远场分布关系的方法，广泛应用于大型口径面的设计如平面天线、抛物面反射面天线，圆锥面，球面等设计，和传统的阵列天线优化算法设计相比，具有不可比拟的优越性。附图说明图1是球冠口径模型结构图。图2是基于贝塞尔函数尺度变换加权的的一种口径场分布图。图3是基于贝塞尔函数尺度变换加权的的一种远场辐射图。图4是球冠口径共形阵列的一种基本实现结构图。图5是图4的俯视图。图6是功分器中的两层馈电网络结构图。图中:1、第一层馈电网络层，2、第二层馈电网络层，3、输入端口，4、第一层馈电网络层与第二层馈电网络层接口，5、最内圈圆形阵列的天线单元馈电口，6、中间圆形阵列的天线单元馈电口，7、最外圈圆形阵列的天线单元馈电口。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1、图4、图5所示，本专利技术的具体步骤如下: 1)将天线阵列分布在球冠的口径上，口径场分布在由两个及以上圆形阵列组成的球冠上，圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，每一个圆形阵列上布置有天线单元，同一个圆形阵列上至少有3个天线单元，且同一个圆形阵列上的天线单元中心对称并均勻分布在同一球冠上，整个球冠上的口径场分布关于球冠顶点和球心的连线旋转对称； 2)所述的球冠的球面度小于2，即所述的球冠小于半球面； 3)所述的口径场分布通过基于贝塞尔函数的参数加权进行调节，得到不同种类波束的连续口径场分布； 4)将步骤3)得到的连续口径场分布通过离散方法计算得到不同种类波束对应的圆形阵列中每一个圆的半径和天线单元激励。所述的基于者贝塞尔函数的参数加权调节方法，采用贝塞尔函数的内部加权或者外部加权，内部加权采用尺度变换的方法，外部加权采用线性函数或者指数函数的方法。所述的不同种类波束是笔形波束、平顶波束或等通量波束。所述的离散方法计算，是采用采样离散方法或者口径场分布累积函数计算方法。所述的每一个圆形阵列中天线单元激励，利用功分器来实现，功分器采用多级馈电网络方式，并利用微带线或者带状线来实现。整个共形阵列天线分布在球冠上，且圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，共形天线阵列关于球冠顶点和球心的连线旋转对称。每个圆上的天线单元的数量是由每个圆的半径和天线单元的大小决定，半径越大单元越多，辐射效率越高；根据优化得到的连续口径场分布，每个圆形阵列上的天线单元的激励的幅度和相位相等，圆形阵列的数量是由整个口径的大小和天线单元本身的大小决定，任意相邻两个天线单元之间的距离大于等于半波长。如图1所示，口径为一个球面度小于2 的球冠,其中球冠口径的球面度为2 a MRtl是球冠口径的对应的球的半径，其中2 a是对应球冠口径上的辐射单元的球面度，r是球冠口径上辐射单元的圆的半径，dr、da是用于计算远场辐射的积分区域的圆的半径的步长和球面度步长。实施例: 如图4所示，采用由三个圆形阵列组成的球面共形阵列天线布局结构，图5是整个球面共形阵列天线映射到平面的分布图，最内圈同心圆环上有4个天线单元，中间圈同心圆环上有8个天线单元,最外圈同心圆环上有12个天线单元，r2、r3分别是最内圈、中间圈、最外圈同心圆环的半径。假设球冠口径的球面度参数0^5°，球冠口径的对应的球的半径Rtl为28.68 A, A是中心频率对应的波长，球冠口径映射到平面的最大半径为a=R0*sin ( a 0) =2.5 入。如图2所示,其中P是内部加权参数,横坐标a是对应球冠口径上的福射单元的球面度，纵坐标是归一化的球冠口径场的幅度的大小，内部加权参数P分别采用1、3、5、7，基于贝塞尔函数尺度变换加权的办？*乓/#311(0；))/311扣)的口径场分布如图2所示，口径场分布关于球冠顶点和球心之间连线旋转对称。利用球冠口径分布妨)和远场辐射￠)的关系，F(8, ￠) = 2^2Joa°l"0 (X) Jsj(MX)Sjfox- sm ad a， (I) 其中，u = , ^hMa)/a , k是波数，9和O分别为俯仰角和方位角，J0M是第一类0阶贝塞尔函数，馬②是口径场分布，在本例中在⑩=Ji(P*Pt/a*an(a))/sr<a)，是基于贝塞尔函数尺度变换加权的口径场分布。最终可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法，其特征在于，该方法的步骤如下：1)?将天线阵列分布在球冠的口径上，口径场分布在由两个及以上圆形阵列组成的球冠上，圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，每一个圆形阵列上布置有天线单元，同一个圆形阵列上至少有3个天线单元，且同一个圆形阵列上的天线单元中心对称并均匀分布在同一球冠上，整个球冠上的口径场分布关于球冠顶点和球心的连线旋转对称；2)?所述的球冠的球面度小于2π，即所述的球冠小于半球面；3）所述的口径场分布通过基于贝塞尔函数的参数加权进行调节，得到不同种类波束的连续口径场分布；4)?将步骤3)得到的连续口径场分布通过离散方法计算得到不同种类波束对应的圆形阵列中每一个圆的半径和天线单元激励。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐魁文，李欢，孟庆阳，皇甫江涛，冉立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：