一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法及系统与流程

本申请涉及天线，尤其涉及一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法及系统。

背景技术：

1、近几十年来，相控阵天线凭借快速的波束扫描和灵活的波束赋形能力，广泛应用于雷达、通信及射电天文等领域。相控阵天线多是阵列天线，由许多个辐射单元组成，每个辐射单元后都连接一个t/r组件，通过精准控制成千上万个辐射单元的幅度相位关系来形成所需要的波束形状和指向。由于宽带阵列天线具有可同时覆盖多个系统的工作频段的特点，因此宽带相控阵成为一个研究热点。阵列的带宽极大程度上取决于辐射单元和阵列排布的设计，组阵后阵元间的互耦会影响各个单元的独立辐射，导致阵列的带宽变窄、方向图畸变、增益减小，从而使阵列天线无法正常工作。为了克服阵元间互耦对天线性能的影响，同时降低相控阵系统的成本，通常采用扩大阵元间距的方法。但是，当单元间距大于一个波长时，就会在可视空间内产生栅瓣，恶化系统的功率特性和抗干扰性。因此合理降低和规避栅瓣是在设计宽带大间距相控阵天线时必须要考虑的问题。

2、针对大间距阵列天线栅瓣抑制的问题，国内外学者进行了大量研究。有关方法主要有两种：一种是利用单元级或子阵级进行非周期结构布阵的方式，使栅瓣能量分散从而抑制栅瓣，包括旋转、错位、相似拼接等。如杨磊等人于《现代雷达》2019年第10期发表的“基于nufft方法的二维非周期阵列天线方向图计算”中，提出了一种单元级变距平移错位的方法。公开专利“一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线及设计方法”和“一种基于子阵级的大单元间距相控阵天线”中，均采用了子阵错位及旋转的方法。

3、但存在的问题是若采用单元级非周期排布的方式，增加了后端tr组件设计的复杂性，不利于批量生产，同时不利于大型有源相控阵系统的扩展；若采用子阵级非周期排布的方式，目前现有的技术中较多都是子阵多样性或者排布方式多样性，仍旧存在后端模块设计复杂，对于相控阵系统来说，不利于模块的统一化。另一种是利用单元方向图抑制栅瓣，例如韩国栋等人公开的专利《一种双圆极化天线单元及大间距低栅瓣宽带平板阵列天线》中，提出在天线单元的辐射口加载十字金属隔板,可实现良好的栅瓣抑制效果，这种方法在栅瓣抑制效果上以及实际工程应用上具有一定的局限性。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法及系统，基于基本子阵，保证子阵内间距及口面尺寸不变，以子阵为最小单元进行环栅排布，结合优化算法对每一圈半径和子阵数进行优化，同时划分子区域进行相似旋转，从而显著提升栅瓣抑制能力。

2、本申请实施例提供一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，包括：

3、选取基本子阵，并设置子阵内的天线单元之间的间距，以使子阵的栅瓣抑制特性最优；

4、将子阵，根据天线增益要求，进行圆环布阵；

5、将圆环阵列，分为多个扇区，其中，圆环上任意相邻的两个扇区构成设定角度区域，且所述任意相邻的两个扇区相互错位，满足圆环上第一区域的第一圈位于第二区域的第一圈与第二圈之间；

6、采用差分进化算法对圆环阵列的构型进行优化，以在给定的圈数下，最小化圆环阵宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平。

7、可选地，选取基本子阵，并设置子阵内的天线单元之间的间距，以使子阵的栅瓣抑制特性最优包括：

8、选取矩形阵列作为子阵，并采用矩形阵列不出栅瓣的条件：d≤λ1/(1+sinφ)，对单元间距进行初始化，其中d为单元间距，λ1为最高频点的波长，φ为波束指向。

9、可选地，将子阵，根据天线增益要求，进行圆环布阵满足：

10、d＝4×π×a/λ22

11、g＝d×η

12、a＝π×r2

13、其中，d为天线方向性系数，a为天线阵面有效口径，g为天线增益，λ2为指标要求中特定频点增益所对应的波长，η为天线辐射效率，r为天线阵面半径，初始值每圈的半径r0以及子阵个数n0。

14、可选地，将圆环阵列，分为多个扇区具体包括：

15、将圆环阵列，分为八个扇区，且圆环上任意相邻的两个扇区构成90度区域，其他区域由所述任意相邻的两个扇区旋转获得。

16、可选地，采用差分进化算法对圆环阵列的构型进行优化，以在给定的圈数下，最小化圆环阵宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平包括：

17、采用差分进化算法对圆环阵列的构型进行优化，所述差分进化算法的决策变量为各圈的半径以及每圈的子阵个数，适应度函数为宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平，以在给定的圈数下，最小化圆环阵宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平。

18、本申请实施例还提出一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵系统，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法的步骤。

19、本申请实施例基于基本子阵，保证子阵内间距及口面尺寸不变，以子阵为最小单元进行环栅排布，结合优化算法对每一圈半径和子阵数进行优化，同时划分子区域进行相似旋转，从而显著提升栅瓣抑制能力。

20、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，其特征在于，选取基本子阵，并设置子阵内的天线单元之间的间距，以使子阵的栅瓣抑制特性最优包括：

3.如权利要求1所述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，其特征在于，将子阵，根据天线增益要求，进行圆环布阵满足：

4.如权利要求1所述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，其特征在于，将圆环阵列，分为多个扇区具体包括：

5.如权利要求1所述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法，其特征在于，采用差分进化算法对圆环阵列的构型进行优化，以在给定的圈数下，最小化圆环阵宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平包括：

6.一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法的步骤。

技术总结本申请公开了一种宽带大间距低栅瓣阵列天线布阵方法及系统，涉及天线技术，包括：选取基本子阵，并设置子阵内的天线单元之间的间距；将子阵，根据天线增益要求，进行圆环布阵；将圆环阵列，分为多个扇区，其中，圆环上任意相邻的两个扇区构成设定角度区域，且所述任意相邻的两个扇区相互错位，满足圆环上第一区域的第一圈位于第二区域的第一圈与第二圈之间；采用差分进化算法对圆环阵列的构型进行优化，以在给定的圈数下，最小化圆环阵宽频带扫描角度范围内最小的副瓣电平。本申请的方法以子阵为最小单元进行环栅排布，结合优化算法对每一圈半径和子阵数进行优化，同时划分子区域进行相似旋转，从而显著提升栅瓣抑制能力。技术研发人员：魏明,王卫东,倪涛,吕苗,姚近受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4