CN108199152A - 一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线馈电网络的设计方法，特别涉及一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法。本发明将天线阵列均匀地划分成若干个一级天线子阵模块，对若干个一级天线子阵模块的幅度进行加权，天线阵列的加权方式呈对称分布，对加权后的所述一级天线子阵模块进行子阵设计操作，子阵设计操作即为将加权后的一级天线子阵模块均匀地划分成若干个二级天线子阵模块，对若干个二级天线子阵模块的幅度进行二次加权，得到的加权后的二级天线子阵模块继续进行子阵设计操作。本发明采用子阵设计操作，大大降低了大型阵列天线馈电网络设计的复杂度，同时由于设计采用了统一的设计，大大降低了馈电网络加工生产的复杂度，有效的提高了设计生产的效率。

Description

一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法
技术领域
本发明涉及一种天线馈电网络的设计方法，特别涉及一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法。
背景技术
随着阵列天线技术在通信、雷达等领域内的迅速发展，为提高天线的有效性能，提高雷达在强干扰电磁环境中的生存能力，低副瓣天线以成为雷达技术发展的一个重要领域。
在实际应用中，低副瓣实现方式包括幅相加权、密度加权和几何加权三种，传统设计在阵列天线设计中虽然能够实现比较理想的副瓣效果，但针对大型阵列雷达，为实现理论的加权效果，馈电网络往往结构复杂，实现困难，生产加工难度大。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，本发明大大降低了天线馈电网络的设计复杂度，提高了实际设计的效率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，包括以下步骤：将天线阵列均匀地划分成若干个一级天线子阵模块，并对若干个所述一级天线子阵模块的幅度进行加权，加权方式呈对称分布。
优选的，对加权后的所述一级天线子阵模块进行子阵设计操作，所述子阵设计操作即为将加权后的一级天线子阵模块均匀地划分成若干个二级天线子阵模块，并对若干个所述二级天线子阵模块的幅度进行二次加权，将得到的二次加权后的二级天线子阵模块继续进行子阵设计操作，直至天线加权所得到的均方根与理论加权所得到的均方根的差值趋近于0。
优选的，各个所述一级天线子阵模块之间的幅度加权满足不同的加权分布，每一个一级天线子阵模块的幅度加权采用相同的加权方式。
优选的，每一个所述一级天线子阵模块的幅度加权采用了阶梯幅度量化的加权方式。
进一步的，所述天线阵列采用物理几何镜像的方式使加权方式呈对称分布。
进一步的，所述天线阵列中的天线单元的数量为2n个，两个单侧天线单元的数量均为2(n-1)个，其中n为整数。
进一步的，所述一级天线子阵模块之间的幅度加权分布包括线性分布、二次曲线分布、多项式曲线分布。
更进一步的，所述理论加权为Taylor加权。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明首先将天线阵列均匀地划分成若干个一级天线子阵模块，并对若干个所述一级天线子阵模块的幅度进行加权，所述天线阵列的加权方式呈对称分布，本发明采用子阵设计操作，大大降低了大型阵列天线馈电网络设计的复杂度，同时由于设计采用了统一的设计，大大降低了馈电网络加工生产的复杂度，有效的提高了设计生产的效率。
2)、本发明的设计简单、巧妙，同时天线阵列采用物理几何镜像的方式使加权方式呈对称分布，最大化的减少了功分器的设计种类，从而大大降低了天线馈电网络的设计复杂度，提高了系统的可靠性和维修性。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的原始幅度加权曲线；
图2为本发明的一个实施例的原始幅度加权天线辐射方向图；
图3为本发明的一个实施例的初次阶梯幅度量化的幅度加权曲线；
图4为本发明的一个实施例的初次阶梯幅度量化的幅度加权天线辐射方向图；
图5为本发明的一个实施例的二次简化设计后幅度加权曲线；
图6为本发明的一个实施例的二次简化设计后幅度加权曲线天线辐射方向图；
图7为本发明的一个实施例的二次简化设计后幅度加权曲线天线辐射方向图实测曲线；
图8为采用本设计方法设计的天线的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明应用在X波段场面监视雷达天线系统。天线阵列中的天线单元的数量为256个，即28个天线单元，如图2所示，天线最大副瓣电平为-35dB，如果严格按照图1所示的加权方式来设计馈电网络，图2所示，网络的设计加工将变得相当困难；因此我们在初次简化设计中将256个天线阵列分为8即23个一级天线子阵模块，8即23个一级天线子阵模块，每个一级天线子阵模块中包括16即24个天线单元，从而就将馈电网络一分256的不等分功分网络简化为两种形式的一分16功分器设计，大大简化了网络设计的难度。天线采用如图3所示的阶梯加权方式，如图4所示，从天线辐射方向图中可以看出，方向图中出现了比较明显的量化瓣，天线最大辐射副瓣电平只有-31dB。
为进一步控制由于量化造成的副瓣电平抬高，本发明中进一步将一级天线子阵模块中一分16功分网络采用8个完全相同的二级天线子阵模块，每一个二级天线子阵模块中有两个单元，二级天线子阵模块中单元采用均匀加权，8个二级天线子阵模块采用线性功率分布的形式，线性系数为0.98，最终天线加权幅度分布如图5所示，如图6所示，天线辐射方向图最大副瓣电平降为为-34dB，天线最大量化瓣电平值也被控制在小于-37dB以下。
本发明的效果可以通过以下实验测试进一步说明：
测试环境：微波暗室
测试设备：矢量网络分析仪，转台，天线测试系统，标准喇叭，计算机等。
对采用本发明的天线馈电网络的天线在微波暗室中，就其工作频段方向图进行测试，测试结果如图7所示，从图中可以看出，天线副瓣电平最大为-33.28dB，满足天线设计要求，天线理论仿真与实测值得区别来自幅相网络设计的幅相误差，图8为根据本设计方法所设计的馈电网络示意图。

Claims (8)

1.一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：将天线阵列均匀地划分成若干个一级天线子阵模块，并对若干个所述一级天线子阵模块的幅度进行加权，加权方式呈对称分布。
2.如权利要求1所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：对加权后的所述一级天线子阵模块进行子阵设计操作，所述子阵设计操作即为将加权后的一级天线子阵模块均匀地划分成若干个二级天线子阵模块，并对若干个所述二级天线子阵模块的幅度进行二次加权，将得到的二次加权后的二级天线子阵模块继续进行子阵设计操作，直至天线加权所得到的均方根与理论加权所得到的均方根的差值趋近于0。
3.如权利要求1或2所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：各个所述一级天线子阵模块之间的幅度加权满足不同的加权分布，每一个一级天线子阵模块的幅度加权采用相同的加权方式。
4.如权利要求3所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：每一个所述一级天线子阵模块的幅度加权采用了阶梯幅度量化的加权方式。
5.如权利要求4所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：所述天线阵列采用物理几何镜像的方式使加权方式呈对称分布。
6.如权利要求5所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：所述天线阵列中的天线单元的数量为2n个，两个单侧天线单元的数量均为2(n-1)个，其中n为整数。
7.如权利要求6所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：所述一级天线子阵模块之间的幅度加权分布包括线性分布、二次曲线分布、多项式曲线分布。
8.如权利要求2所述的一种大型低副瓣电平阵列天线馈电网络的设计方法，其特征在于：所述理论加权为Taylor加权。
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