一种共形阵列天线的阵元布阵方法与流程

本发明涉及共形相控阵天线，具体为一种共形阵列天线的阵元布阵方法。

背景技术：

1、天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。

2、在现有技术中，随着相控阵领域的发展，一种形成全空域平坦均匀的超宽波束全向方向图是目前相控阵领域面临的一个重要课题，共形阵列天线具有覆盖全空域、宽波束方向图均匀增益波动小、等效全向辐射功率高、辐射方向和波宽可灵活控制等特点，而且具有系统容错率高、便于监控和维修等优点，是全向以及超宽波束方向图综合良好的方案选择；鉴于此，我们提出了一种共形阵列天线的阵元布阵方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种共形阵列天线的阵元布阵方法，解决了上述背景技术提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种共形阵列天线的阵元布阵方法，所述布阵方法包括以下步骤：

3、s1、阵元间距按照左右设计；

4、s2、天线单元采用双极化对称阵子，实现两种旋向的圆极化方向图；

5、s3、球面共形天线阵列设计为m层；

6、s4、通过球面共形天线阵列中所有阵元等幅同相馈电产生上半球各向同性全向方向图，部分相邻阵元等幅同相馈电可以产生多种角度指向和多种角度覆盖范围的超宽波束方向图；

7、设计阵元布阵遵循布阵原则，所述布阵原则为：

8、t1、以球面大小为基础，从天顶第一个阵元考虑满足阵元间距d的条件下需要设计的层数可以覆盖上半球面，确定1/4球面经线上阵元复制的个数和角度，同时确定每层布阵的起始单元位置；

9、t2、每层布阵的首要原则是布完纬度一层的一圈后单元间距在d的近似值，每一层的布阵方式确定该层的单元间距d1和单元数量n1后，该层布阵以一个单元为起始进行沿z轴的旋转复制，旋转角度为360°/n1，获得第二个单元的旋转复制位置；

10、t3、按照t1和t2中两条原则可以作为所有给定频段，不同阵元设计，不同球面共形阵大小的所有设计依据。

11、可选的，所述t1中1/4球面经线上天线布局流形按照如下方式布阵：以天顶一个阵元为基础，沿x轴或y轴进行旋转复制，旋转角度为90°/m。

12、可选的，所述t2进一步的包括：第二单元此后应在该复制位置的基础上沿球形进行自转，自转角度亦为360°/n1，以此类推该层第三个单元是在第二个单元的基础上进行上述操作完成布局，以上原则可以完成该层所有单元布局流形。

13、可选的，所述λmin由宽频单元最高频点计算，且θ取60°。

14、可选的，所述s1进一步的包括：对于确定的工作频段和最大扫描角θ，依据相控阵天线理论为确保最大扫描角不出现栅瓣的阵元间距由下式给出：

15、可选的，所述天线单元为右旋圆极化，传播方向为正z轴，圆极化波用沿方向和方向的两个线极化分量描述：

16、

17、所述ω为角频率，所述t为时间，所述z为电磁波传播距离。

18、可选的，将所述天线单元按逆时针方向绕z轴旋转τ，旋转后该圆极化波用表示，坐标旋转示意与关系如下：

19、

20、

21、

22、旋转后的天线单元圆极化波e1可表示为：

23、

24、第二个阵元旋转180°摆放即两个阵元相对摆放，则两个阵元指向(0°，0°)的电场叠加可表示为：

25、

26、可选的，辐射右旋圆极化波的天线单元按逆时针绕z轴旋转τ角相当于对天线单元馈电附加移相-τ，τ取π时e+e1相互抵消为0。

27、本发明提供了一种共形阵列天线的阵元布阵方法。具备以下有益效果：

28、1、该共形阵列天线的阵元布阵方法，为大型球状相控阵天线应用场景下，提供了一种简易、有规律的阵列流形设计，同时为大型球状相控阵天线提供了阵元等幅同相馈电下形成上半球各向同性全向方向图，共形阵列天线具有覆盖全空域、宽波束方向图均匀增益波动小、等效全向辐射功率高、辐射方向和波宽可灵活控制等特点，解决了传统球面、柱面阵列天顶方向增益有零深的问题。

29、2、该共形阵列天线的阵元布阵方法，为大型共形相控阵天线提供了形成上半球各向同性全向方向图和多种角度指向和多种角度覆盖范围的超宽波束方向图，上半球全向方向图增益波动2db。

技术特征：

1.一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述布阵方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述t1中1/4球面经线上天线布局流形按照如下方式布阵：以天顶一个阵元为基础，沿x轴或y轴进行旋转复制，旋转角度为90°/m。

3.根据权利要求1所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述t2进一步的包括：第二单元此后应在该复制位置的基础上沿球形进行自转，自转角度亦为360°/n1，以此类推该层第三个单元是在第二个单元的基础上进行上述操作完成布局，以上原则可以完成该层所有单元布局流形。

4.根据权利要求1所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述λmin由宽频单元最高频点计算，且θ取60°。

5.根据权利要求1所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述s1进一步的包括：对于确定的工作频段和最大扫描角θ，依据相控阵天线理论为确保最大扫描角不出现栅瓣的阵元间距由下式给出：

6.根据权利要求1所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：所述天线单元为右旋圆极化，传播方向为正z轴，圆极化波用沿方向和方向的两个线极化分量描述：

7.根据权利要求6所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：将所述天线单元按逆时针方向绕z轴旋转τ，旋转后该圆极化波用表示，坐标旋转示意与关系如下：

8.根据权利要求7所述的一种共形阵列天线的阵元布阵方法，其特征在于：辐射右旋圆极化波的天线单元按逆时针绕z轴旋转τ角相当于对天线单元馈电附加移相-τ，τ取π时e+e1相互抵消为0。

技术总结
本发明公开了一种共形阵列天线的阵元布阵方法，涉及共形相控阵天线技术领域。该共形阵列天线的阵元布阵方法包括以下步骤：阵元间距设计、线单元采用双极化对称阵子、球面共形天线阵列设计为M层、通过球面共形天线阵列中所有阵元等幅同相馈电产生上半球各向同性全向方向图。该共形阵列天线的阵元布阵方法，为大型球状相控阵天线应用场景下，提供了一种简易、有规律的阵列流形设计，同时为大型球状相控阵天线提供了阵元等幅同相馈电下形成上半球各向同性全向方向图，共形阵列天线具有覆盖全空域、宽波束方向图均匀增益波动小、等效全向辐射功率高、辐射方向和波宽可灵活控制等特点。

技术研发人员：翟炜刚
受保护的技术使用者：西安乾景防务技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14