一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵的制作方法

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵。

背景技术：

天线作为重要的收发器件，在无线通信系统中扮演关键的角色。但是对于一些特殊的通信场景要求天线具有特殊的性能。比如雷达追踪、卫星通信等场景，通常要求天线具有较高的增益、较低的副瓣和大角度扫描能力。目前来说，通常使用大口径的反射面天线或大规模阵列来实现高增益的要求。而大口径反射面天线的质量较大，并且扫描需要通过步进电机来实现，其扫描速度和扫描精度较差。而大规模相控阵天线既能实现较高的增益又有快速、准确的扫描能力，因此成为了当前的研究热点。而对于大规模相控阵天线来说，其副瓣电平较高，在某些通信场景难以达到低副瓣的要求，比如卫星通信。虽然对于传统相控阵而言，可以利用泰勒或切比雪夫等较为经典的方法做幅度加权来降低相控阵天线的副瓣，但是做幅度加权之后，严重影响了放大器的使用效率，对于发射天线来说会降低eirp的值，从而影响通信效果。

目前传统相控阵的副瓣较高。在传统相控阵中只能通过幅度加权来实现降低副瓣，但是做幅度加权之后会影响放大器的使用效率，还会降低eirp的值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在不使用幅度加权的方式实现相控阵天线的低副瓣处理，目的在于提供一种能够有效解决上述技术问题的基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，以相控阵中心为坐标原点建立水平竖直直角坐标系，所述相控阵面按直角坐标系分为四个部分，第一部分位于第一象限内，第二部分位于第二象限内，第三部分位于第三象限内，第四部分位于第四象限内；

所述直角坐标系的分度值表示一个基础单元，所述基础单元包括基础单元宽度和单元间距；

第一部分所含相控阵与第二部分所含相控阵关于x轴镜面对称，第一部分所含相控阵与第三部分所含相控阵关于原点中心对称，第一部分所含相控阵与第四部分所含相控阵关于y轴镜面对称；

所述相控阵由若干基础子阵组成且子阵间不发生重叠。

由于传统相控阵在不进行幅度加权的情况下，当阵列规模较大时其主瓣指向为0度时副瓣电平为13dbc左右，主瓣指向扫描时副瓣特性将变得更差，在一些特定的通信场景中不能满足低副瓣的需求。而采用幅度加权的形式来降低副瓣电平会影响eirp的值，本发明利用稀布阵来降低副瓣电平，使其主瓣指向0度时副瓣为21dbc，主瓣扫描到47度时其副瓣为13dbc。

基于优化算法得出的稀布阵其单元位置是随机的，由此一来计算波束扫描时单元之间相位差变得更复杂，相反方向扫描的增益和副瓣差异较大。本发明的稀布阵为镜像对称，这有助于对波束扫描时阵元之间相位差的计算。

进一步的技术方案：

所述基础子阵是由四个基础单元构成的2×2子阵。本发明结合工程中4端口的相控阵芯片，将4个单元组成一个基础子阵，在做稀布优化时以基础子阵为单位进行优化。本发明所产生的结果对低副瓣的稀布相控阵天线设计有重要的指导和参考意义。

进一步的：所述相控阵第一部分包括由4个基础子阵构成的4×4子阵组，所述4×4子阵组中心位置坐标为(2，2)。

进一步的：所述相控阵第一象限内还包括由3个基础子阵构成的“┓”形子阵组，所述“┓”形子阵组的3个基础子阵中心位置坐标分别为(3，5)、(5，5)和(5，3)。

进一步的：所述相控阵第一象限内还包括7个基础子阵其中心位置坐标分别为(1，7)、(3，9)、(4，7)、(7，1)、(7，4)、(7，7)和(9，3)。

进一步的：所述相控阵还包括8个位于坐标轴上的基础子阵，其中心位置坐标分别为(0，5)、(0，11)、(5，0)、(11，0)、(0，-5)、(0，-11)、(0，-5)和(0，-11)。

进一步的：所述基础子阵之间的单元间距为0.4～0.7个波长。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，本发明利用稀布阵来降低副瓣电平，使其主瓣指向0度时副瓣为21dbc，主瓣扫描到47度时其副瓣为13dbc，在不使用幅度加权方式的情况下实现降低副瓣电平值的同时不会影响eirp值；

2、本发明一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，本发明的稀布阵为镜像对称，这有助于对波束扫描时阵元之间相位差的计算，同时避免了相反方向扫描的增益和副瓣差异较大的问题；

3、本发明一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，本发明结合工程中4端口的相控阵芯片，将4个单元组成一个基础子阵，在做稀布优化时以基础子阵为单位进行优化，此方式所产生的结果对低副瓣的稀布相控阵天线设计有重要的指导和参考意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明镜像对称稀布阵示意图；

图2为本发明基于遗传算法求解所得稀布阵示意图；

图3为本发明扫描角度为0度是稀布阵与方阵增益对比图；

图4为本发明扫描角度为47度是稀布阵与方阵增益对比图；

图5为本发明稀布阵和传统方阵在不同扫描角度时的增益和副瓣电平对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1～图5所示，本发明一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，其工作原理：首先利用遗传算法来求解获得较低副瓣时各个天线单元的位置坐标，其位置坐标如图2所示。由于图2中产生的稀布阵，其子阵的位置是毫无规律的随机排列的，这使得主瓣扫描相反方向时的主瓣增益和副瓣电平有差异，不利于对波束扫描时阵元之间相位差的计算。基于这个问题，本发明将图2中的阵列布局做微调整，使其子阵的位置呈镜像对称关系，如图1所示。利用图1所示的阵列排布有助于对波数扫描时阵元之间相位差的计算，同时实现在不采用幅度加权方法的情况下降低副瓣的效果。

本发明利用稀布阵来降低相控阵的副瓣，不需要幅度加权就能实现低副瓣，能够适用于有低副瓣要求的通信场景。利用本发明的稀布阵列布局能够有效的降低副瓣、并且主瓣扫描方向相反时的相位差的绝对值相等。与传统方形相控阵相比，在阵元数相同的情况下，利用图1的阵列布局所产生的主瓣指向0度时的方向图如图3所示。利用图1的阵列布局所产生的主瓣指向47度时的方向图如图4所示。传统方形相控阵和本发明的稀布相控阵的各扫描角度的主瓣增益和副瓣电平如图5所示，副瓣电平表示主瓣最大值相对于副瓣最大值的比，其中主瓣最大值一定，所以当副瓣电平值越大时相应的副瓣越小。

实施例2：

如图1所示，本发明一种基于2×2子阵的低副瓣稀布相控阵，以相控阵中心为坐标原点建立水平竖直直角坐标系，所述相控阵面按直角坐标系分为四个部分，第一部分位于第一象限内，第二部分位于第二象限内，第三部分位于第三象限内，第四部分位于第四象限内；

所述直角坐标系的分度值表示一个基础单元，所述基础单元包括基础单元宽度和单元间距；

第一部分所含相控阵与第二部分所含相控阵关于x轴镜面对称，第一部分所含相控阵与第三部分所含相控阵关于原点中心对称，第一部分所含相控阵与第四部分所含相控阵关于y轴镜面对称；

所述相控阵由若干基础子阵组成且子阵间不发生重叠。

所述基础子阵是由四个基础单元构成的2×2子阵。

所述相控阵第一部分包括由4个基础子阵构成的4×4子阵组，所述4×4子阵组中心位置坐标为(2，2)。

所述相控阵第一象限内还包括由3个基础子阵构成的“┓”形子阵组，所述“┓”形子阵组的3个基础子阵中心位置坐标分别为(3，5)、(5，5)和(5，3)。

所述相控阵第一象限内还包括7个基础子阵其中心位置坐标分别为(1，7)、(3，9)、(4，7)、(7，1)、(7，4)、(7，7)和(9，3)。

本相控阵还包括8个位于坐标轴上的基础子阵，其中心位置坐标分别为(0，5)、(0，11)、(5，0)、(11，0)、(0，-5)、(0，-11)、(0，-5)和(0，-11)。

所述基础子阵之间的单元间距为0.4～0.7个波长。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。