CN105490033A - 一种l形子阵运用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种L形子阵运用方法，所述L形子阵具有4个天线单元，所述方法包括以下步骤：1)组建正方形天线子阵模块；2)建立模块器材库；3)拼接目标天线阵；4)确定单个L形子阵相位中心。与现有技术相比，4个L形子阵组成的正方形天线子阵模块边界规则，便于安装组成各种平面阵，易于工程实现；由正方形天线子阵模块的10种拼接方法结合L形子阵相位中心的选择方式结合可以得到随机性很高的阵列天线相位中心分布，可以大大的削弱阵列天线方向图栅瓣；正方形天线子阵模块规模小，便于组成各种形式的平面阵，阵面形式不单一，应用范围广。

Description

一种L形子阵运用方法

技术领域

本发明属于阵列天线技术领域，具体涉及一种L形子阵应用方法。

背景技术

随着有源相控阵雷达技术的飞速发展，更高的威力、更高的分辨力等系统要求引导着有源相控阵天线向电大尺寸以宽带工作的方向发展(电尺寸为天线物理尺寸相对于工作频率波长的尺寸)。有源相控阵天线通过有源组件(如：延时放大组件、T/R组件)改变天线单元的馈电相位实现天线阵波束扫描。天线阵电尺寸的不断扩大，天线有源组件数量也不断增多，由于有源组件价格不菲，导致天线阵成本成倍提高，工程代价太高。为解决天线阵有源组件数量大、成本高的问题，通常可以采用增大天线单元间距、由几个天线单元组成天线子阵模块共用一组有源组件的方式或者牺牲天线阵一个方向的扫描能力以达到减少有源组件数量的目的。

在目前使用较多的相控阵雷达系统中，天线阵常采用平面阵的形式(方形阵、矩形阵、圆形阵等)，由阵列天线原理可知增大天线单元间距会导致天线阵扫描时方向图出现栅瓣，栅瓣不仅会影响天线阵的增益，降低了雷达系统的威力，而且在雷达进行探测时会引入与目标不相关的信号，影响系统工作；由几个天线组成天线子阵模块共用一组有源组件的方式要求共用有源组件的天线单元整体加工成一个子阵模块，由于工程需要，天线子阵模块常为规则形状以方便安装，如矩形、正方形，这种子阵模块共用一组有源组件的方法等效于增大天线单元间距，天线阵方向图依然会出现栅瓣。牺牲天线阵一个方向的扫描能力来减少有源组件数量的方法则限制了雷达系统的应用范围。

已经有很多学者做了解决有源组件减少后天线阵方向图出现栅瓣的相关研究，如：天线单元错位摆放，天线模块内指定随机的相位中心，使用边界不对称的子阵模块如L形子阵等。这些方法在一定程度上能达到优化天线阵方向图的效果，天线单元错位摆放可以将本该出现在天线阵主平面上的栅瓣移动到其他平面上，但是栅瓣并未消除，干扰信号依然会进入雷达系统；天线子阵模块内指定随机的相位中心可以一定程度的削弱天线阵方向图栅瓣，但是由于常用天线子阵模块的边界较为规则，相位中心随机性不够高，因此，削弱栅瓣的能力有限；使用共用一组有源组件的边界不对称的子阵模块如L形子阵时，子阵的相位中心相对规则边界的相位中心随机性强，但是由于边界不规则，组阵难度大，尤其阵面较大时组阵方案很难实现。

发明内容

为了解决有源相控阵天线因减少有源组件带来的天线方向图出现栅瓣的问题，提高有源相控阵雷达系统性能，本发明提出了一种L形子阵应用方法。

本发明通过以下技术方案实现上述技术目的：

一种L形子阵运用方法，所述L形子阵具有4个天线单元，所述方法包括以下步骤：

1)组建正方形天线子阵模块

将结构非对称的4个4单元L形子阵运用10种不同的拼接方式组合成一个正方形天线子阵模块；

2)建立模块器材库

分别为10种定正方形天线子阵模块确定天线与有源组件连线方案，建立模块器材库；

3)拼接目标天线阵

从器材库中选取多个正方形天线子阵模块按拼接成目标天线阵；

4)确定单个L形子阵相位中心

从单个L形子阵的4个天线单元中选择一个天线单元作为整个L形子阵的相位中心。

优选的，所述L形子阵的4个天线单元之间的间距相等，依次为1号天线、2号天线、3号天线、4号天线。

优选的，所述目标天线阵的阵面形式为矩形阵、方形阵、圆形阵。

优选的，所述步骤3)中采用随机选取的方式从所述器材库里的10种正方形子阵模块中选取多个正方形天线子阵模块阵拼接成目标天线阵。

优选的，所述步骤4)中单个L形子阵相位中心有五种选择，分别为：

1)以L形子阵的1号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

2)以L形子阵的2号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

3)以L形子阵的3号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

4)以L形子阵的4号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

5)在所述目标天线阵内的每个L形子阵都随机选择其4个天线单元中任意一个天线单元作为该L形子阵的相位中心。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

4个L形子阵组成的正方形天线子阵模块边界规则，便于安装组成各种平面阵，易于工程实现；

由正方形天线子阵模块的10种拼接方法结合L形子阵相位中心的选择方式结合可以得到随机性很高的阵列天线相位中心分布，可以大大的削弱阵列天线方向图栅瓣；

正方形天线子阵模块规模小，便于组成各种形式的平面阵，阵面形式不单一，应用范围广。

附图说明

图1为本发明一种L形子阵运用方法的流程图；

图2为L形子阵及天线单元编号示意图；

图3为10种L形组成4*4正方形天线模块示意图；

图4为以L形子阵中一个天线单元作为相位中心的示意图；

图5为本发明一种L形子阵运用方法中其中一种正方形模块布线示意图；

图6为本发明中实施例1由正方形子阵模块拼接成的矩形天线阵的结构示意图；

图7为本发明中实施例2由正方形子阵模块拼接成的方形天线阵的结构示意图；

图8为本发明中实施例3由正方形子阵模块拼接成的圆形天线阵的结构示意图；

图9为图6中矩形天线阵方位向切面视角方向图；

图10为图6中矩形天线阵俯仰向切面视角方向图；

图11为图7中方形天线阵方位向切面视角方向图；

图12为图7中方形天线阵俯仰向切面视角方向图；

图13为图8中圆形天线阵方位向切面视角方向图；

图14为图8中圆形天线阵俯仰向切面视角方向图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

一种L形子阵运用方法，其中L形子阵具有4个天线单元，4个天线单元之间的间距相等，依次为1号天线、2号天线、3号天线、4号天线。

方法包括以下步骤：

步骤1.组建正方形天线子阵模块

将结构非对称的4个4单元L形子阵运用10种不同的拼接方式组合成一个正方形天线子阵模块；

步骤2.建立模块器材库

分别为10种定正方形天线子阵模块确定天线与有源组件连线方案，建立模块器材库；

步骤3.拼接目标天线阵

采用随机选取的方式从器材库里的10种正方形子阵模块中选取多个正方形天线子阵模块阵拼接成目标天线阵，目标天线阵的阵面形式可以为矩形阵、方形阵、圆形阵。

步骤4.确定单个L形子阵相位中心；

从单个L形子阵的4个天线单元中选择一个天线单元作为整个L形子阵的相位中心。单个L形子阵相位中心有五种选择，分别为：

1)以L形子阵的1号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

2)以L形子阵的2号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

3)以L形子阵的3号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

4)以L形子阵的4号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

5)在目标天线阵内的每个L形子阵都随机选择其4个天线单元中任意一个天线单元作为该L形子阵的相位中心。

以下结合附图对本发明进行详细描述：

参见图1，4个结构非对称的L形子阵运用10种不同的拼接方式分别组合成一个正方形天线子阵模块1，分别为10种正方形天线子阵模块确定天线与有源组件连线方案，建立模块器材库2，从器材库中以随机选取的方式将正方形天线子阵模块按相控阵雷达系统的要求拼接成目标天线阵3，再确定天线阵中各正方形天线子阵模块中4个L形子阵的相位中心4。

参见图2，每个正方形天线子阵模块的L形子阵都具有4个天线单元，每个天线单元之间的间距相等，4个单元编号顺序均以为图2中的编号顺序，当然，不仅限于图2中的编号顺序，即可以确定子阵中各天线单元间的相对位置。

参见图3，正方形天线子阵模块的拼接组合方式共有10种，根据每种拼接方式确定对应的布线方案，获得10种含有源组件的正方形子阵模块器材库。模块的布线方案示意图参见图5。

实施例1：

参见图6，从器材库中以随机选取的方式将正方形子阵模块拼接成一个12*20的矩形天线阵。每个正方形天线子阵模块共有4*4个天线单元，故需15个模块。确定矩形天线阵布阵方案后，从上述5种相位中心中选择一种作为本矩形天线阵的L形子阵的相位中心。

参见图9～10，图中是该矩形天线阵在天线单元间距λ/2(二分之一工作波长)情况下两个主切面视角的方向图，相位中心取图4中的4a——以L形子阵的1号天线单元作为该L子阵相位中心。理论上，子阵间的间距等于1个波长，大于方向图扫描不出栅瓣的理论单元间距，方向图扫描后会出现栅瓣，而计算结果未见栅瓣。

实施例2：

与实施例1类似，利用器材库中的正方形子阵模块拼接成一个16*16的方形天线阵。每个正方形天线子阵模块共有4*4个天线单元，故需16个模块。

参见图11～12，图中是该方形天线阵在天线单元间距λ/2(二分之一工作波长)情况下两个主切面视角的方向图，相位中心取图4中的4a——以L形子阵的1号天线单元作为该L子阵相位中心。理论上，子阵间的间距大于1个波长，方向图扫描后会出现栅瓣，而计算结果未见栅瓣。

实施例3：

与实施例1类似，利用器材库中的正方形子阵模块拼接成一个圆形的天线阵。该圆形天线阵需13个模块。

参见图13～14，图中是该矩形阵在天线单元间距λ/2(二分之一工作波长)情况下两个主切面视角的方向图，相位中心取图4中的4a——以L形子阵的1号天线单元作为该L子阵相位中心。理论上，子阵间的间距大于1个波长，方向图扫描后会出现栅瓣，而计算结果未见栅瓣。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，如扩展矩形阵、方形阵、圆形阵的阵面规模，选择以L形子阵2号、3号或者4号天线单元作为该L子阵相位中心，或随机选择L形子阵4个天线单元中的一个作为该L子阵的相位中心等。改变尺寸使天线阵面工作于其他频段等，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims (5)

1.一种L形子阵运用方法，所述L形子阵具有4个天线单元，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)组建正方形天线子阵模块

将结构非对称的4个4单元L形子阵运用10种不同的拼接方式组合成一个正方形天线子阵模块；

2)建立模块器材库

分别为10种正方形天线子阵模块确定天线与有源组件连线方案，建立模块器材库；

3)拼接目标天线阵

从器材库中选取多个正方形天线子阵模块拼接成目标天线阵；

4)确定单个L形子阵相位中心

从单个L形子阵的4个天线单元中选择一个天线单元作为整个L形子阵的相位中心。

2.根据权利要求1所述的一种L形子阵运用方法，其特征在于：所述L形子阵的4个天线单元之间的间距相等，依次为1号天线、2号天线、3号天线、4号天线。

3.根据权利要求1所述的一种L形子阵运用方法，其特征在于：所述目标天线阵的阵面形式为矩形阵、方形阵、圆形阵或任意平面结构形式。

4.根据权利要求1所述的一种L形子阵运用方法，其特征在于：所述步骤3)中采用随机选取的方式从所述器材库里的10种正方形子阵模块中选取多个正方形天线子阵模块阵拼接成目标天线阵。

5.根据权利要求2所述的一种L形子阵运用方法，其特征在于：所述步骤4)中单个L形子阵相位中心有五种选择，分别为：

1)以L形子阵的1号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

2)以L形子阵的2号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

3)以L形子阵的3号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

4)以L形子阵的4号天线单元作为整个L形子阵的相位中心；

5)在所述目标天线阵内的每个L形子阵都随机选择其4个天线单元中任意一个天线单元作为该L形子阵的相位中心。