CN103646151A - 平面反射阵天线设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平面反射阵天线设计方法，包括：建立圆极化方式的阵列单元模型，阵列单元模型的谐振频率满足设计要求并且主极化反射波与交叉极化反射波的相位相差180度；使用阵列单元模型建立初始平面反射阵天线模型；根据平面反射阵天线的入射激励波计算初始平面反射阵天线模型的方向图；通过交集算法对初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化；根据初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图获取初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位；根据初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位调整初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位，得到平面反射阵天线设计结果。

Description

平面反射阵天线设计方法

技术领域

本发明设计天线技术领域，尤其涉及一种平面反射阵天线设计方法。

背景技术

阵列天线是由多个天线单元按照一定的排列方式排列组成的，阵列中的所有天线单元的方向图共同组成阵列天线的方向图。

阵列天线分为有源阵列和无源阵列，通常意义上的有源阵列是指馈电网络带功放等非线性器件的阵列天线，而无源阵列是指馈电网络没有非线性器件的阵列，但无源阵列一般也有功分网络；但本发明下述有源阵列统指上述两种馈电形式的阵列天线，而无源阵列指反射阵这类阵面上没有馈电，激励来自空馈的馈电形式。

目前的阵列天线主要是有源阵列，即阵列中的每个单元都给予激励，通过功分网络、衰减器和移相器对每个单元激励的幅值相位加以调节实现特定的方向图。但有源阵列的成本高昂、衰减较大，且输入/输出组件需要占用较大的空间。并且，对有源阵列平方余割波束的设计主要是采用例如遗传算法(Genetic Algorithm，GA)、差分进化(Differential Evolution，DE)、粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)等优化算法对单元激励的幅值和/或相位进行优化设计。而使用上述优化算法对有源阵列进行优化设计迭代次数很多，耗时较长，消耗系统资源。

而对于无源阵列，由于无法控制激励的幅度，而仅能对天线单元的相位进行综合，因此需要比有源阵列更多的天线单元才能精确控制阵列的方向图。采用现有的优化算法对无源阵列进行优化设计相较于有源阵列耗时更长，更加消耗系统资源，阵列优化设计效率较低。

发明内容

本发明提供一种平面反射阵天线设计方法，用于提供一种高效率的阵列天线设计方法，节约系统资源。

本发明提供一种平面反射阵天线设计方法，包括：

建立阵列单元模型，所述阵列单元模型的极化方式为圆极化、谐振频率满足设计要求并且主极化反射波与交叉极化反射波的相位相差180度；

建立初始平面反射阵天线模型，所述初始平面反射阵天线模型中包括M×N个所述阵列单元模型，且M＞2、N＞2；

根据所述平面反射阵天线的入射激励波计算所述初始平面反射阵天线模型的方向图，所述初始平面反射阵天线模型的方向图中单元方向图为所述阵列单元模型的方向图；

通过交集算法对所述初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化，以使所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求；

根据所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图获取所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位；

根据所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位调整所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位，得到平面反射阵天线设计结果。

本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法通过设计圆极化的反射单元，并使用交集算法对阵列方向图进行优化，将阵列天线的单元设计和阵列优化分割开来，使优化效率提高，节约了系统资源。

附图说明

图1为本发明提供的平面反射阵天线设计方法实施例一的流程图；

图2A为阵列单元模型的侧视图；

图2B为阵列单元模型的俯视图；

图3为图2A和图2B所示阵列单元模型反射系数及两极化之间的相位差示意图；

图4为入射激励波补偿原理图；

图5A为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图俯仰面优化结果；

图5B为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图方位面优化结果；

图6A为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图俯仰面仿真结果；

图6B为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图方位面仿真结果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有无源阵列优化设计方法对大规模阵列天线优化时间过长的问题，本发明提供一种平面反射阵天线设计方法，通过设计圆极化的阵列单元、使用交集算法对阵列天线仅进行相位优化、对阵列天线中阵列单元的相位进行补偿的方法，将阵列天线中阵列单元的设计和整个阵列的优化分割开，从而提高了对阵列天线优化设计的速度，节约了系统资源，提高了优化设计的效率。

图1为本发明提供的平面反射阵天线设计方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法包括：

步骤S101，建立阵列单元模型，所述阵列单元模型的极化方式为圆极化、谐振频率满足设计要求并且主极化反射波与交叉极化反射波的相位相差180度。

具体地，本实施例提供的平面反射阵天线设计方法将阵列单元的设计与整个阵列的优化分割开来，从而降低对阵列进行优化的算法复杂度，因此首先对阵列天线中的阵列单元进行设计。由于圆极化的天线单元在调整相位时仅需转动天线单元的角度，相对于传统的通过改变尺寸调整相位的天线单元，圆极化的天线单元改变相位不用改变天线单元的其他参数，阵列单元之间的互耦相对稳定。而本实施例对阵列天线方向图的优化基于方向图乘积定理，阵列方向图等于单元方向图与阵因子的乘积，因此在对阵列天线的设计中，采用圆极化的天线单元，通过调整各天线单元的相位对整个天线阵列进行优化时，阵列单元的方向图较为稳定，才能够仅对阵因子进行优化而完成阵列天线的设计。另外，由于平面反射阵天线剖面低、效率高，且只需要一个馈源且无需调节馈源激励，制造复杂度较低，因此本实施例中提供一种平面反射阵天线的设计方法，其中采用圆极化方式的天线单元，从而可以使用较少的系统资源设计出性能优异的阵列天线。

对于旋转型反射单元，其反射相位延迟来源于旋转角，根据已知的文献理论，不论入射波为何种极化形式，其相同极化的反射波的相位延迟为2倍单元旋转角(旋转单元的主极化反射波和入射波旋向同向，故称相同极化的反射波，且该经过反射后主极化的反射波会产生2倍于单元旋转角的滞后相位)，而相反极化的反射波没有这个规律。为了通过精确控制相位来进行波束赋形，必须尽可能地增大通入射波极化相同极化的反射波，也就是抑制相反极化的反射波。根据这个原则，考虑到正常照射到PEC(Perfect ElectricConduct，PEC)上的入射波经反射后方向相反，极化发生反转，就必须补偿掉π的相位，也就是说对于圆极化反射单元，其x极化和y极化的反射波要相差π的相位。主极化和交叉极化的计算公式如公式(1)和公式(2)所示。

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{Co}-\mathrm{po}}=[(S_{11}-S_{22})\±j(S_{12}+S_{21})]/2---\left(1\right)$

${\mathrm{\Γ}}_{X-\mathrm{po}}=[(S_{11}+S_{22})\±j(S_{12}-S_{21})]/2---\left(2\right)$

其中，式中

为主极化反射系数，为交叉极化反射系数；S₁₁为x极化反射波对x极化入射波的反射系数，S₂₂为y极化的反射系数，S₁₂和S₂₁分别为y极化到x极化的传输系数及x极化到y极化的传输系数。

为满足两个极化上180度的相差，本实施例设计了两个同心开口圆环垂直放置的阵列单元模型，通过调节圆环的半径及开口的大小，使得该阵列单元模型在工作频带上两个极化相差180度，并且双同心开口圆环的设计使得带宽大大增加。当采用微带线形式设计阵列单元模型时，阵列单元模型的反射系数包含三部分，分别为：入射波在单元贴片上的感应电流辐射、单元贴片的散射效应、地板的镜面反射。其中入射波在单元贴片上的感应电流辐射需要占主要部分。因为无法定量分析这三部分散射的能量的比例，所以对阵列单元模型的设计都是基于基本的电长度分析加上仿真来优化。

图2A和图2B为本发明实施例提供的阵列单元模型示意图，其中图2A为阵列单元模型的侧视图，图2B为阵列单元模型的俯视图。图2A和图2B采用微带线形式，如图2A所示，阵列单元模型包括地板21、介质层22和微带线23。其中介质层22的厚度为h、介电常数为ε。图中x、y、z分别为互相垂直的方向。如图2B所示，地板21为正方形，其边长为a，微带线23包括第一圆环24和第二圆环25，其中第一圆环24的半径为R1，第二圆环25的半径为R2。第一圆环24和第二圆环25的线宽均为d。第一圆环24对称开有两个第一开口26，第二圆环25在垂直于第一开口26的方向开有对称的两个第二开口27。

设图2A和图2B所示阵列单元模型的设计谐振频率为13.5GHz，对应的波长约为22mm，首先设计一个周长为波长的的圆环，该圆环半径约为3.5mm，再以这个中心半径设计内外圆环尺寸(4mm+2.5mm)/2=3.5mm，即第一圆环24的半径R1=4mm，第二圆环25的半径R2为2.5mm。由于圆环的谐振频率较宽，在这个尺寸附近可以认为贴片上的感应电流辐射绝对占优。接着分别在两个极化方向上对内外圆环分别开口，即在第一圆环24上对称开有第一开口26，在第二圆环25上对称开有第二开口27，第一开口26的宽度为gapout，第二开口27的宽度为gapin，理论上在两个极化方向上的反射电长度应相差为：(gapout-gapin)×2×2=λ/2=11.1mm即产生180度相差，其中(gapout-gapin)×2×2中第一个×2是每个极化方向上有两个开口，第二个×2是入射和反射两次电流路径叠加。鉴于存在单元贴片的散射效应、地板的镜面反射，故总的反射系数实际上是入射波在单元贴片上的感应电流辐射、单元贴片的散射效应、地板的镜面反射的复数形式叠加，故需要在HFSS中手动微调内外圆环尺寸及内外开口，目的是选择参数使得相差在180度附近的带宽尽可能地宽，调节的结果如表1所示，其中(gapout-gapin)×2×2=12mm。

表1

变量名	a	h	R1	R2	gapout	gapin	d	ε
									值(mm)	11.1	2	3.8	2.6	4	2.5	0.8	2.65

根据既定的要求，对图2A和图2B所示阵列单元模型进行优化后经仿真得到的单元主极化和交叉极化电平，以及x、y方向极化的相位差结果如图3所示。图3为图2A和图2B所示阵列单元模型反射系数及两极化之间的相位差示意图，图中曲线31为主极化曲线，曲线32为交叉极化曲线，曲线33为两极化间相位差曲线。阵列单元模型在12.5～15.5GHz频段之间，x、y极化相差π左右，公式(2)中S₁₁和S₂₂相互抵消，交叉极化因此低于-20dB。参考公式(1)和公式(2)，实际上因为

满足相位2倍于旋转角的原因，需要将这个旋向的圆极化变成主极化，压低与其旋向相反的极化

的大小。具体地，x极化方向反射系数为S₁₁，y极化方向反射系数为S₂₂，x、y方向极化相差π，也就是S₁₁和S₂₂相差π的相位，两者都是复数形式可以写成形式，公式(2)中

由于地板21的存在C₁₁=C₂₂，故满足x、y方向反射系数相位相差π的条件下S₁₁+S₂₂最小，S₁₁-S₂₂最大，即此时最大，最小，单元的设计目标正是在此。仿真结果还表明入射角低于40度时，反射特性不会发生较大变化。

由于圆环结构本身带宽较宽，而且是双层圆环更有助于提高带宽；通过x，v两个极化上的开口的不同改变两个极化方向的电长度，目标是使相差180度的频带尽量宽，而不是只满足在中心频率的相差，在本实施例中y方向电长度比x方向要长半个波长左右。

步骤S102，建立初始平面反射阵天线模型，初始平面反射阵天线模型中包括M×N个阵列单元模型，且M＞2、N＞2。

具体地，本实施例提供的是一种平面反射阵天线的设计方法，在步骤S101中建立阵列单元模型之后，需要根据该阵列单元模型建立初始平面反射阵天线模型。初始平面反射阵天线模型中包括M×N个阵列单元模型，其中M＞2、N＞2。初始平面反射阵天线模型中的每个阵列单元模型都是相同的，建立初始平面反射阵天线模型后，根据阵列天线的激励对初始平面反射阵天线模型中的阵列天线模型进行优化，则可以得到满足设计要求的平面反射阵天线。初始平面反射阵天线模型中阵列单元模型的个数可以根据实际需要设定，阵列单元模型的数量越多，得到的平面反射阵天线对方向图的控制更精细。

本实施例中，采用21×21的阵列单元模型建立初始平面反射阵天线模型，每个阵列单元模型采用图2A和图2B所示的阵列单元模型。

步骤S103，根据平面反射阵天线的入射激励波计算初始平面反射阵天线模型的方向图，初始平面反射阵天线模型的方向图中单元方向图为阵列单元模型的方向图。

具体地，对平面反射阵天线的优化还需要考虑阵面的激励，根据阵面激励得到初始平面反射阵天线模型中每个阵列单元模型的激励，从而可以得到每个阵列单元模型的方向图，将所有阵列单元模型的方向图合成即得到初始平面反射阵天线模型的方向图。

步骤S104，通过交集算法对初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化，以使初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求。

具体地，得到初始平面反射阵天线模型的方向图后，需要对该方向图进行优化，使优化后的方向图满足设计要求。本实施例对平面反射阵天线的设计例如是对阵列天线进行赋形，使阵列天线的方向图满足设计指标要求。由于平面反射阵天线是无源阵列天线，无法调整每个阵列的激励幅度，只能调整到达每个阵列的激励相位延迟，因此本步骤中仅对阵列激励的相位进行优化，使初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求。

本实施例中，设对平面反射阵天线方向图的设计目标是使阵列天线产生平方余割波束。平方余割波束是指功率方向图与辐射角余割的平方成正比的波束。由于平方余割波束相对于一般的笔锋波束而言，能够大幅缩短搜索目标所需时间，并且等高而等距离的目标能够接收到相同的信号，因此在基站天线、区域多点传输服务(Local Multipoint Distribution Services，LMDS)天线、地对空或者空对地搜索雷达天线等天线中具有广泛的应用。本实施例中，阵列天线的优化目标是俯仰面余割波束起始偏天顶方向5°，约束至60°，在方位面v≤50°的范围内为等高的平顶波束，副瓣电平低于-20dB。

阵列天线的方向图等于阵列单元的方向图与阵因子的乘积，由于赋形反射阵需要较多反射单元，对单元的分析可以考虑其周期性，作为发射天线时，反射阵的边缘处的入射波电平较低，即阵列边缘的耦合影响较小，可以考虑反射阵单元为无线大周期阵列，认为每个单元的方向图一致，故对反射阵的综合重点放在对阵因子的优化赋形上面。

应用二维离散逆傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transformation，IFFT)对方向图进行快速计算。

$f_a(m,n)=\mathrm{IDFT}2\left[I(k,l)\right]=\frac{1}{\mathrm{KL}}\underset{m=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}A(k,l)e^{\mathrm{j\φk},l}{e}^{j\frac{2\mathrm{km\π}}{K}}{e}^{j\frac{2\ln \mathrm{\π}}{L}}---\left(3\right)$

通过傅立叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)快速计算激励。

I(k，l)=DFT2[f_a(m，n)]   (4)

通过交集算法对方向图进行约束，使用公式(5)。

$P_{M}F(u,v)=\left\{\begin{array}{c}{M}_U(u,v)\frac{F(u,v)}{\left|F(u,v)\right|}\\ F(u,v)\\ M_L(u,v)\frac{F(u,v)}{\left|F(u,v)\right|}\end{array}\right.\begin{array}{c}\left|F(u,v)\right|>M_U(u,v)\\ M_L(u,v)\&le;\left|F(u,v)\right|\&le;M_U(u,v)\\ \left|F(u,v)\right|<M_L(u,v)\end{array}---\left(5\right)$

激励幅值约束：P_BI(k，l)∶abs(I(k，1))=A(k，1)   (6)

上述式中，IDFT是离散逆傅里叶变换(Inverse Discrete FouierTransformation)的缩写，IDFT2是指IDFT变换采样点数为2的幂函数，f_a(m，n)表示阵因子，I(k，l)表示阵列激励，

表示第k行第1列的阵列单元的激励，A(k，l)表示第k行第1列的阵列单元的激励幅度，φ_k，l表示第k行第1列的阵列单元的激励相位，K和L分别表示uv坐标系中两个维度上的采样点数，

θ和

为球坐标系中的坐标，m、n表示第(m，n)个采样点的行列数，分别表示将u、v相关的阵列角坐标离散后的结果。DFT是离散傅里叶变换(Discrete Fouier Transformation)的缩写，DFT2是指DFT变换采样点数为2的幂函数。P_M表示投影到目标方向图的算子，F(u，v)表示公式(3)中的阵因子经过P_M算子的映射后生成的数值，MX(u，v)表示方向图约束的上限，M_L(u，v)表示方向图约束的下限。P_BI(k，l)∶abs(I(k，1))=A(k，1)表示维持激励幅度为入射波激励幅度，对激励相位不加约束。

步骤S105，根据初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图获取初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位。

具体地，将初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化后，可以得到优化后的阵列激励，由于该阵列激励仅原激励的相位进行了改变，因此对于初始平面反射阵天线模型中的每一阵列天线单元模型，可以得到每一阵列天线模型改变后的相位。通过优化后的激励产生的相位和原激励产生的相位，可以得到每一阵列单元模型需要补偿的相位。单元所需补偿的相位为优化后的相位减去初始的馈源抵达单元的激励相位后除以2。

步骤S106，根据初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位调整初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位，得到平面反射阵天线设计结果。

具体地，得到每一阵列单元模型需要补偿的相位后，根据该相位对每一阵列单元模型的相位进行调整，则可以得到平面反射阵天线的设计结果。

本实施例中，采用图2A和图2B所示阵列单元模型组成的初始平面反射阵天线模型中，调整阵列单元模型的相位只需要旋转阵列单元模型的角度即可，将每一阵列单元模型旋转步骤S105中获得的补偿相位即可。

进一步地，在步骤S103之前，本实施例的方法还包括：将平面反射阵天线口面上的球面入射激励波转换为平面反射阵天线阵列平面上的线极化入射激励波。

具体地，本实施例中设计的是平面反射阵天线，但不论馈源采用何种形式天线，从馈源到天线阵面上的激励为球面的，即在不同角度上激励幅度是不同的，因此为了保证天线阵面上每个阵元的激励幅度一致，需要将平面反射阵天线的入射激励波转换为平面反射阵天线阵列平面上的线极化入射激励波。

图4为入射激励波补偿原理图，如图4所示，馈源41发出入射激励波，反射阵天线的阵列平面为阵列平面42，馈源41在焦距f处产生的球面入射激励波为球面43。设馈源41到阵列平面42上的任意位置n的距离为r_n，与垂直于阵列平面42方向的夹角为θ_n。则可以通过HFSS仿真得到焦距f距离上的激励数据，将数据提取出后，导入Matlab可得距馈41源相位中心距离f的球面43上的入射场。阵列处于馈源41菲涅尔区条件下，补偿球面43到阵列平面42间空间衰减引起的场的幅值及相位衰减可获得阵列平面42上的入射场。入射波激励幅度和相位的补偿方法如公式(7)和公式(8)所示。

Magcompen=20*lgcosθ_n   (7)

Phasecompen=k(r_n-f)   (8)

其中Magcompen为幅度补偿值，Phasecompen为相位补偿值，k为相位常数。

进一步地，在步骤S104中，通过交集算法对初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化，以使初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求，具体包括：通过交集算法仅对初始平面反射阵天线模型方向图的阵因子进行优化，以使初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求。

具体地，阵列天线的方向图等于阵列单元的方向图与阵因子的乘积，由于赋形反射阵需要较多反射单元，对单元的分析可以考虑其周期性，作为发射天线时，反射阵的边缘处的入射波电平较低，即阵列边缘的耦合影响较小，可以考虑反射阵单元为无线大周期阵列，认为每个单元的方向图一致，故对反射阵的综合重点放在对阵因子的优化赋形上面。

进一步地，在步骤S104中，通过交集算法仅对初始平面反射阵天线模型方向图的阵因子进行优化，以使初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求，包括：对初始平面反射阵天线模型的方向图乘以缩放因子并进行迭代优化，在迭代优化过程中逐渐增大所述缩放因子，直至缩放因子等于1，得到初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图，缩放因子小于等于1。

具体地，本发明实施例采用一种新型初始点选取策略，算法初始值为激励集合内任意一组子集，将目标方向图乘以缩放因子，几次迭代后放大缩放因子继续迭代，直至缩放因子放大到1，这种策略能有效跳出局部解，而且收敛速度快。

图5A为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图俯仰面优化结果；图5B为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图方位面优化结果。

图5A和图5B采用如图2A和图2B所示的阵列单元模型组成的21×21的平面反射阵天线，阵列天线的优化目标是俯仰面余割波束起始偏天顶方向5°，约束至60°，在方位面v≤50°的范围内为等高的平顶波束，副瓣电平低于-20dB。其中曲线51为俯仰面优化结果曲线，曲线52为方位面优化结果曲线，曲线53和曲线54为俯仰面优化约束窗，曲线55和曲线56为方位面优化约束窗。图5A中横坐标为u，

图5B中横坐标为v，

图5A和图5B中纵坐标为归一化幅度，单位为dB，图5A中曲线51为v=0时的情况，图5B中曲线52为u=sin5°=0.08时的情况。

图6A为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图俯仰面仿真结果；图6B为通过本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法得到的阵列天线方向图方位面仿真结果。对采用本发明提供的平面反射阵天线优化结果进行全波仿真，可以得到如图6A和图6B所示曲线。其中曲线61为俯仰面仿真结果曲线，曲线62为方位面仿真结果曲线，曲线63和曲线64为俯仰面优化约束窗，曲线65和曲线66为方位面优化约束窗。图6A中横坐标为u，

图6B中横坐标为v，

θ和

为球坐标系中的坐标，图6A和图6B中纵坐标为归一化幅度，单位为dB，图6A中曲线61为v=0时的情况，图6B中曲线62为u=sin5°=0.08时的情况。考虑到阵列边缘处单元方向图因为非周期边界及其它单元的耦合作用造成的单元方向图畸变，分别对比优化结果图5A、图5B和仿真结果图6A、图6B和可以看出仿真结果和优化结果吻合良好。

本发明实施例提供的平面反射阵天线设计方法通过设计圆极化的反射单元，并使用交集算法对阵列方向图进行优化，对优化算法加以改进，采用新型的收敛策略，在减少设计流程的同时，保证了收敛精度。通过该方法将阵列天线的单元设计和阵列优化分割开来，使优化效率提高，节约了系统资源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种平面反射阵天线设计方法，其特征在于，包括：

建立阵列单元模型，所述阵列单元模型的极化方式为圆极化、谐振频率满足设计要求并且主极化反射波与交叉极化反射波的相位相差180度；

建立初始平面反射阵天线模型，所述初始平面反射阵天线模型中包括M×N个所述阵列单元模型，且M＞2、N＞2；

根据所述平面反射阵天线的入射激励波计算所述初始平面反射阵天线模型的方向图，所述初始平面反射阵天线模型的方向图中单元方向图为所述阵列单元模型的方向图；

通过交集算法对所述初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化，以使所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求；

根据所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图获取所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位；

根据所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位调整所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位，得到平面反射阵天线设计结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述平面反射阵天线的入射激励波计算所述初始平面反射阵天线模型的方向图，所述初始平面反射阵天线模型的方向图中单元方向图为所述阵列单元模型的方向图之前，还包括：

将所述平面反射阵天线口面上的球面入射激励波转换为所述平面反射阵天线阵列平面上的线极化入射激励波。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通过交集算法对所述初始平面反射阵天线模型的方向图进行优化，以使所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求，包括：

通过交集算法仅对所述初始平面反射阵天线模型方向图的阵因子进行优化，以使所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过交集算法仅对所述初始平面反射阵天线模型方向图的阵因子进行优化，以使所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图满足设计要求，包括：

对所述初始平面反射阵天线模型的方向图乘以缩放因子并进行迭代优化，在迭代优化过程中逐渐增大所述缩放因子，直至所述缩放因子等于1，得到所述初始平面反射阵天线模型的优化后的方向图，所述缩放因子小于等于1。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位调整所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位，得到平面反射阵天线设计结果，包括：

将所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的激励补偿相位减去所述平面反射阵天线的入射激励波到达所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的相位后除以2，得到所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型的单元旋转角；

将所述初始平面反射阵天线模型中每一阵列天线单元模型旋转所述单元旋转角，得到所述平面反射阵天线设计结果。

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