一种嵌套式不等间距相控阵天线及组阵方法与流程

本发明涉及一种阵列天线技术，尤其涉及的是一种嵌套式不等间距相控阵天线及组阵方法。

背景技术

随着现代雷达技术的飞速发展，雷达已经在国防、民用领域起到越来越重要的作用。有源相控阵雷达作为雷达的重要分支，具有快速改变波束指向和波束形状、可用多部发射机在空间进行功率合成、易于形成多个发射与接收波束等特点，是当今雷达发展的主流。

然而，相控阵雷达造价较高，庞大的设备及其用电量是一个影响相控阵应用的重要因素。降低造价是相控阵雷达发展的迫切需求。作为相控阵雷达的窗口，相控阵天线占据了雷达系统的大部分成本，如何解决相控阵天线造价具有极大的意义。

目前常用降低相控阵天线成本的方法主要是减少有源通道数量。常见的减少有源通道的方法有：有限视场扫描、稀疏阵、不规则子阵等。有限视场扫描是通过牺牲天线阵的扫描能力来增大天线单元间的间距以达到减少有源通道的目的；稀疏阵则是通过某种特定方式将天线单元进行一定比例稀疏化，此方法可大比例稀疏天线单元和有源通道数，但是设计方法难度大，且稀疏后的天线阵形状各异难以加工、装配、定位；运用不规则子阵打破子阵排布周期性也可实现稀疏有源通道，但是不规则子阵组成难度大，对于大阵列设计时，无法通过人工手动拼接完成组阵，工程上亦较难实现。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：如何削弱由有源通道稀疏天线单元间距增大引起的方向图栅瓣，提供了一种嵌套式不等间距相控阵天线及组阵方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种嵌套式不等间距相控阵天线，其特征在于，包括至少两个天线单元，天线单元中单元间距最大的排布在天线阵的中心位置形成第一方形模块，第一方形模块的外层为单元间距次大的天线单元围绕形成的第二方形模块，依次类推，将所有的天线单元按单元间距由大到小依次围绕成方形模块并排布在上个方形模块的外圈。

位于外层的方形模块包围其内层的方形模块，外层的方形模块的天线单元的单元间距能被方形模块的边长整除。

所述第一方形模块的天线单元为n×n的小子阵。因为天线单元按单元间距由大到小的顺序编号，故编号越小的天线单元其尺寸也就越大，需要以子阵形式进行设计，防止天线法向波束出现栅瓣。

一种嵌套式不等间距相控阵天线的组阵方法，包括以下步骤：

(1)根据天线阵规模，选择两种或两种以上单元间距的天线单元，天线单元按单元间距由大到小的顺序编号为1号、2号……n号；

(2)将1号天线单元按其间距紧密排布在天线阵中心位置，形成一个方形模块；

(3)将2号天线单元按其间距紧密排布在方形模块外围，形成“口”字形，包围中心的方形模块，并形成新的方形模块；

(4)将剩余种类天线单元依次排布在方形模块外圈，直至完成天线阵的排布。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明不同天线单元分布在各自区域，有利于形成模块，便于工程制造安装，工程可实现程度高。天线阵中有源通道成外密内疏分布，相较于常规满阵有源通道的密集分布，内密外疏的通道分布利于阵面中心区域的热流动，有利于系统工作中的散热，热稳定的系统更加安全可靠。利用不同单元间距天线单元组合组阵，有效削弱的天线方向图栅瓣，降低了杂散信号干扰，提高雷达系统性能。

附图说明

图1是本发明相控阵天线的组阵方法流程图；

图2是本实施例三种天线单元种类与编号示意图；

图3是本实施例组阵过程示意图；

图4是本实施例天线阵示意图；

图5是本实施例阵面主切面扫描波束方向图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例天线组阵时，选用两种或两种以上单元间距的天线单元，并依天线单元间距由大到小将天线单元呈“回”字形排布，即“回”字最内圈为单元间距最大的天线单元组成的方形模块，外层圈内为单元间距次大的天线单元组成的“口”字形模块，由此类推，直至选用的天线单元都排布完毕。组阵后天线阵中单元在方位俯仰两个主切面上的位置投影密集，实现了削弱由有源通道稀疏天线单元间距增大引起的方向图栅瓣。

(1)根据天线阵规模，选择两种或两种以上单元间距的天线单元，天线单元按单元间距由大到小的顺序编号为1号、2号……n号；

(2)将1号天线单元按其间距紧密排布在天线阵中心位置，形成一个方形模块；

(3)将2号天线单元按其间距紧密排布在方形模块外围，形成“口”字形，包围中心的方形模块，并形成新的方形模块；

(4)将剩余种类天线单元依次排布在方形模块外圈，直至完成天线阵的排布。

如图2中所示，不同单元间距的天线单元以不同的形状表示，按单元间距由大到小的顺序依次排列并编号1号、2号、3号……。

将1号天线单元按其间距紧密排布在天线阵中心位置，形成一个方形模块。

如图3(a)中所示，以圆形符号表示的1号天线单元紧密排布在了天线阵中心，形成了一个方形模块。

将2号天线单元按其间距紧密排布在方形模块外围，形成“口”字形，与包围其中的方形模块形成新的方形模块。

如图3(b)中所示，以三角形符号表示的2号天线单元紧密排布在了方形模块外围，形成“口”字形，与由1号天线单元形成的方形模块形成了新的方形模块。

参照步骤(3)，将剩余种类天线单元依次排布在方形模块外圈，直至完成天线阵的排布4。如图3(c)与其后省略部分所示，参考2号天线单元排布过程，将剩余天线单元依次紧密排布在前一个方形模块外围，直至完成天线阵的排布。

天线阵整体排布完成后可以看出，以同一单元间距的天线单元所在的区域归为同一个模块，就形成了中心方形模块与外圈的“口”字形模块，整体观之，最终形成了类似“回”字形的天线阵。

本实施例中，天线单元间距大于1个波长，天线阵单元数小于1000。根据设计目标，选择图2中的1号、2号、3号三种天线单元，单元间距分别取为3个波长、2个波长、1个波长。

按天线阵排布流程，依次将1号天线单元紧密排布在天线中心形成方形模块，将2号天线单元排布在1号外圈的“口”字形模块，3号天线单元排布在由1号和2号天线单元组成的方形模块外圈的“口”字形模块，最终形成完整的“回”字形天线阵。

本实施例的天线阵中的1号天线单元在设计时实为一个3×3的小子阵，2号天线单元在设计时实为一个2×2的小子阵，天线阵示意图与天线单元映射见图4。

参见图5，天线阵在有源通道的控制下实现波束扫描，波束扫描时天线方向图中出现了三个被削弱后的栅瓣，充分说明“回”字形天线阵对栅瓣的抑制作用。

本实施例的天线阵的阵列方法利用不同单元间距的天线单元进行组阵，天线阵由中心向外圈扩散时，天线单元的单元间距逐层缩小，形成了外密内疏的有源通道分布。这种方法在有源通道稀疏天线单元间距增大的系统中使用，可以有效栅瓣天线方向图栅瓣，提供系统性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。