一种稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法与流程

1.本发明涉及多频段天线稀疏布阵领域，特别是涉及一种稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法。


背景技术：

2.近年来，随着各类相控阵雷达往越来越高频的毫米波频段拓展，对雷达内部各模块的尺寸精度、密度和复杂度均带来很大的挑战。在实际工程中，为保证相控阵雷达的空间分辨率和扫描副瓣电平，通常需要均匀分布的若干数量的天线阵元及通道，但在毫米波频段天线均匀布阵会对整机的可制造性和成本都带来很多限制。因此采用对天线阵列稀疏布阵的技术可以有效降低雷达的制造难度和成本。
3.天线稀疏布阵是指在指定的天线孔径范围内对天线阵元间的位置关系进行稀疏布置，以较少的天线阵元实现天线阵列的波束宽度和副瓣电平等指标，通常以在均匀分布的满阵中抽掉部分天线阵元来实现。
4.常规的稀疏布阵计算方法仅针对单一频段的阵列设计，在双频或更多频段共口面复合的应用当中不再适用。在双频或多频共口面阵列天线设计中，各频段的单元部分处于或完全处于同一水平面，如果产生重叠或遮挡则不能正常工作，如果距离过近则会因为耦合效应严重导致方向图副瓣和波束宽度等指标恶化，另外各单元的馈电结构及t/r组件等天线单元下方部件的物理尺寸也对天线单元的间距产生限制，使得实际上的天线单元布置产生大量的空间位置约束条件，并不能以均匀满布阵列抽取的思路进行计算；另一方面，根据客观物理规律，低频单元的物理尺寸会比高频单元大，因而低频单元布置后占用阵面的空间会更多，频率更高的天线单元则只能在剩余的空间中分布在不与周边低频单元相互影响或影响较小的位置。所以双频或多频复合口面阵列天线设计需要在以大量位置约束前提条件下进行高稀疏比方向图综合，在完成高频段的波束宽度、副瓣、栅瓣等方向图指标的同时，也要实现低频段的方向图指标不受影响。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法，在完成高频段的波束宽度、副瓣、栅瓣等方向图指标的同时，能够保证低频段的方向图指标不受影响，可高效的完成多频段天线的稀疏布阵。
6.本发明的技术方案如下：一种稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法，设定多频天线阵中的频段数为n，各频段由低到高的顺序为频段1至频段n，其中，n为大于等于2的正整数，包括以下步骤：s1、在指定的天线孔径范围内完成频段1的阵列分布；s2、分析各频段之间的耦合关系；s3、依次锁定频段2至频段n的可用物理空间；s4、设置各频段的阵列方向图指标；
s5、设置各频段的稀疏比；s6、搜索各频段的稀疏位置并综合阵因子方向图；s7、判断各频段的方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤s8，若否，则返回步骤s5，重新设置各频段的稀疏比；s8、确定稀疏阵列布阵位置。
7.在进一步的技术方案中，当n等于2时，包括以下步骤：a1、在指定的天线孔径范围内完成频段1的阵列分布；a2、分析频段1与频段2之间的双频阵元耦合关系；a3、锁定频段2的可用物理空间，即频段1的单元布置后留给频段2的实际可用空间的固定；a4、设置频段2的阵列方向图指标；a5、设置频段2的稀疏比；a6、搜索频段2的稀疏位置并综合阵因子方向图；a7、判断频段2的阵因子方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤a8，若否，则返回步骤a6；a8、依据频段2的最新位置进行双频电磁仿真计算；a9、判断频段1和频段2的方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤a10，若否，则返回步骤a5，重新设置频段2的稀疏比；a10、确定稀疏阵列布阵位置。
8.在进一步的技术方案中，步骤a2中，分析频段1与频段2之间的双频阵元耦合关系时，采用三维电磁仿真软件进行仿真计算。
9.本发明的有益效果是：采用本发明提供的稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法，在完成高频段的波束宽度、副瓣、栅瓣等方向图指标的同时，能够保证低频段的方向图指标不受影响，可高效的完成多频段天线的稀疏布阵，高频单元稀疏比可达到25%。
附图说明
10.图1是本发明实施例所述稀疏布阵双频复合口面阵列天线的设计方法的流程图；图2是本发明实施例所述稀疏布阵双频相控阵阵元分布图。
具体实施方式
11.下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
12.实施例：一种稀疏布阵多频复合口面阵列天线的设计方法，设定多频天线阵中的频段数为n，各频段由低到高的顺序为频段1至频段n，其中，n为大于等于2的正整数，包括以下步骤：s1、在指定的天线孔径范围内完成频段1的阵列分布；s2、分析各频段之间的耦合关系；s3、依次锁定频段2至频段n的可用物理空间；s4、设置各频段的阵列方向图指标；
s5、设置各频段的稀疏比；s6、搜索各频段的稀疏位置并综合阵因子方向图；s7、判断各频段的方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤s8，若否，则返回步骤s5，重新设置各频段的稀疏比；s8、确定稀疏阵列布阵位置。
13.在另外一个实施例中，如图1所示，稀疏布阵双频复合口面阵列天线的设计方法，即n等于2，包括以下步骤：a1、在指定的天线孔径范围内完成频段1的阵列分布；a2、分析频段1与频段2之间的双频阵元耦合关系；a3、锁定频段2的可用物理空间，即频段1的单元布置后留给频段2的实际可用空间的固定；a4、设置频段2的阵列方向图指标；a5、设置频段2的稀疏比；a6、搜索频段2的稀疏位置并综合阵因子方向图；a7、判断频段2的阵因子方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤a8，若否，则返回步骤a6；a8、依据频段2的最新位置进行双频电磁仿真计算；a9、判断频段1和频段2的方向图指标冗余度是否满足，若是，则进入步骤a10，若否，则返回步骤a5，重新设置频段2的稀疏比；a10、确定稀疏阵列布阵位置，如图2所示，图中的小方块为高频单元，大方块为低频单元。
14.在本实施例中，尤其是步骤a2中，分析频段1与频段2之间的双频阵元耦合关系时，采用三维电磁仿真软件进行仿真计算。
15.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。