CN107331976A - 一种基于子阵库的l形子阵的组阵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法,选择4个8单元L形子阵，将其拼接成不同的4*8的第一矩形子阵；选择6个8单元L形子阵，将其拼接成不同的6*8的第二矩形子阵；选择8个8单元L形子阵，将其拼接成不同的8*8的第三矩形子阵；选择10个8单元L形子阵，将其拼接成不同的8*10的第四矩形子阵；所述第一矩形子阵、第二矩形子阵、第三矩形子阵和第四矩形子阵建成子阵库；在子阵库中随机选择合适的矩形子阵拼接成目标天线阵；天线方向图性能符合指标要求则拼接结束，否则重新选择。各个矩形子阵边界规则，模块间契合度好，排列随机性强，运用此方法拼接组成的相控阵有源通道数为满阵的八分之一，有源通道稀疏化程度高，可有效节约系统成本。

Description

一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法
技术领域
本发明涉及一种阵列天线技术，尤其涉及的是一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法。
背景技术
自有源相控阵天线的应用以来，现代雷达技术的飞速发展，雷达作为空间监视与探测、作战计划下达的重要工作，得到越来越多的关注。随着雷达分辨力、威力等系统性能需求的不断提高，有源相控阵天线向着电大尺寸的方向发展。天线阵面越大，天线阵上包含的设备量就越大，造价随之成指数上升。虽然随着科技发展和工艺进步，有源相控阵天线的造价有了大幅度的下降，但仍令人望而生畏，庞大的设备及其用电量仍是一个制约有源相控阵发展与应用的重要因素。如何在不影响有源相控阵天线方向图性能的前提下使通道稀疏化从而大幅度降低系统成本成为了需要解决的难题。
通道稀疏化的有源相控阵方向图必然出现栅瓣，为了抑制栅瓣目前常用的有源通道稀疏化的方法有：稀疏阵、不规则阵等。稀疏阵则是通过将天线单元进行一定比例稀疏化后优化天线单元在天线阵面中排列方式，抑制方向图栅瓣。此方法可大比例稀疏有源通道数，有效抑制方向图栅瓣，但是设计难度大，天线阵增益低，且稀疏后的天线阵形状各异难以加工、装配、定位。不规则阵以打乱天线单元在天线阵中的周期性排布实现稀疏有源通道，抑制扫描栅瓣，但是不规则子阵组成难度大，对于大阵列设计时，无法通过人工手动完成组阵，工程上亦不好实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法,实现了抑制有源通道稀疏化引起的方向图栅瓣。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)选择4个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的4*8的第一矩形子阵；
(2)选择6个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的6*8的第二矩形子阵；
(3)选择8个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的8*8的第三矩形子阵；
(4)选择10个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的8*10的第四矩形子阵；
(5)所述第一矩形子阵、第二矩形子阵、第三矩形子阵和第四矩形子阵建成子阵库；
(6)在子阵库中随机选择合适的矩形子阵拼接成目标天线阵；
(7)根据阵列天线远场方向图叠加原理计算目标天线阵方向图评估组阵方式，天线方向图性能符合指标要求则拼接结束，否则重新选择另外一种拼接方式直到满足指标要求。
作为本发明的优选方式之一，所述拼接通过镜像和翻转获得不同的结构。
作为本发明的优选方式之一，所述8单元L形子阵具有8个单元间距相同的天线单元。
作为本发明的优选方式之一，所述8单元L形子阵根据个数不同拼接为12*8、16*8、24*8的矩形子阵。
作为本发明的优选方式之一，所述目标天线阵的阵面形式为矩形阵、方形阵和圆形阵。
一种天线阵，使用如所述的基于子阵库的L形子阵的组阵方法组成天线阵。
在子阵库中随机选择合适的矩形子阵拼接成目标天线阵，阵中每个位置都可从子阵库随机选择一种，这样天线阵的随机性可以得到大大的提高。削弱各天线单元辐射电场在观测方向外空间的叠加，实现了抑制有源通道稀疏化引起的方向图栅瓣。
根据阵列天线远场方向图叠加原理计算目标天线阵方向图评估组阵方式。由于天线阵中8个天线单元共用一个有源通道，与常规的单个天线单元就使用一个有源通道相比有源通道稀疏了87.5％，这种方法可以大大节省有源通道数量，节省系统成本。在天线阵拼接方案确定前需通过理论计算综合出天线方向图性能，以核实此方案确实符合系统要求，方可确定为最终方案，否则，则需要重新从子阵库中随机选取矩形子阵进行拼接组阵。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的8单元L形子阵组成的各个矩形子阵边界规则，模块间契合度好，便于安装组成各种平面阵，工程可实现程度高。矩形子阵库中有多种子阵规格，排列随机性强，选取子阵组阵时，易于实现随机组阵。与传统相控阵相比，运用此方法拼接组成的相控阵有源通道数为满阵的八分之一，有源通道稀疏化程度高，可有效节约系统成本。拼接组成的天线阵相比稀疏阵不减少天线单元数量，增益高，提高了雷达系统威力。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是多个第一矩形子阵示意图；
图3是多个第二矩形子阵示意图；
图4是多个第三矩形子阵示意图；
图5是多个第四矩形子阵示意图
图6是由矩形子阵拼接成的覆盖56*56单元区域的天线阵示意图；
图7是天线阵扫描方向图。
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1～5所示，本实施例通过选择4个8单元L形子阵，利用合适的拼接方法实现不同的4*8的第一矩形子阵。结构非对称的8单元L形子阵，通过翻转和镜像可以得到八种变形。如图2所示，选取合适的4个8单元L形子阵拼接成4*8的第一矩形子阵，同一个L形子阵可以重复使用。拼接的时候满足各个8单元L形子阵相互紧密贴合即可。
本实施例的8单元L形子阵是由8个单元组成的L形结构的子阵。
选择6个8单元L形子阵，利用合适的拼接方法实现不同的6*8的第二矩形子阵。如图3所示，仅罗列出部分6*8的第二矩形子阵。
选择8个8单元L形子阵，利用合适的拼接方法实现不同的8*8的第三矩形子阵。如图4所示，仅罗列出部分8*8的第三矩形子阵。
选择10个8单元L形子阵，利用合适的拼接方法实现不同的8*10的第四矩形子阵。如图5所示，仅罗列出部分8*10的第四矩形子阵。
将以上第一矩形子阵、第二矩形子阵、第三矩形子阵、第四矩形子阵建成子阵库。
如图6所示，在矩形子阵库中随机选择合适的矩形子阵，拼接成为56*56的目标天线阵，在目标区域内不留空白，根据阵列天线远场方向图叠加原理计算目标天线阵方向图评估组阵方式。可以根据需要构件矩形阵、方形阵和边界不光滑的圆形阵。
如图7所示，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。理论上，子阵间的间距约等于1.4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，说明此方案可行。
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。

Claims (6)

1.一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选择4个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的4*8的第一矩形子阵；
(2)选择6个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的6*8的第二矩形子阵；
(3)选择8个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的8*8的第三矩形子阵；
(4)选择10个8单元L形子阵，将其紧密贴合，拼接成不同的8*10的第四矩形子阵；
(5)所述第一矩形子阵、第二矩形子阵、第三矩形子阵和第四矩形子阵建成子阵库；
(6)在子阵库中随机选择合适的矩形子阵拼接成目标天线阵；
(7)根据阵列天线远场方向图叠加原理计算目标天线阵方向图评估组阵方式，天线方向图性能符合指标要求则拼接结束，否则重新选择另外一种拼接方式直到满足指标要求。
2.根据权利要求1所述的一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法，其特征在于，所述拼接通过镜像和翻转获得不同的结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法，其特征在于，所述8单元L形子阵具有8个单元间距相同的天线单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法，其特征在于，所述8单元L形子阵根据个数不同拼接为12*8、16*8、24*8的矩形子阵。
5.根据权利要求1所述的一种基于子阵库的L形子阵的组阵方法，其特征在于，所述目标天线阵的阵面形式为矩形阵、方形阵和圆形阵。
6.一种天线阵，其特征在于，使用如权利要求1～5任一项所述的基于子阵库的L形子阵的组阵方法组成天线阵。
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