CN109037885A - 一种基于子阵错位的星载sar相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，阵列天线阵面在沿方位向划分为若干相同的子板，每个子板沿方位向划分为若干大小相同的子阵，每个子板内的子阵分为多个子阵列，每个子阵列内的子阵的数目相同，相邻子阵列之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵列内相邻的子阵之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵内具有多个矩形栅格排列的辐射单元，沿距离向的相邻辐射单元的间距大于一个波长。阵列天线阵面为多个子板相互拼接而成，相邻子板的拼接处为直线。不存在交叉结构，在收拢和展开过程中不存在干涉难题。本发明的每个子阵内部仍按正规矩形栅格排列辐射单元，子阵可由矩形边界的基本模块组成，非常便于工程实现。

Description

一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线

技术领域

本发明涉及一种有源通道的相控阵天线，尤其涉及的是一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线。

背景技术

相控阵天线通常在水平和垂直两个方向上排列相同的天线单元组成面阵，以实现二维波束扫描。通过对每个辐射天线的振幅和相位激励进行独立控制，以便形成低副瓣和任意指向。

为了降低成本，通常希望在同样的阵面口径下，尽可能的减少单元数和收发组件的数量。采用大单元间距的阵列天线是一种可行的办法。这种阵列可以大大减少通道数目，但间距大于1个波长时仍按规则排列就会出现栅瓣。栅瓣的存在会对天线增益和系统指标产生很大影响，因此如何抑制大间距阵列天线的栅瓣就成为一项研究课题。

目前研究方法主要是设计各种阵面排布方法打乱阵列的周期性，使栅瓣的能量分散开，达到抑制栅瓣的目的。应用于星载天线方面的一类方法是子阵错位技术。例如意大利的Cosmo Skymed相控阵天线，采用方位向模块级安装错位的方法抑制天线方位向栅瓣。国内邓云凯等人提出了一种将阵面沿方位向子阵错位，沿距离向划分成若干不等子阵的方法抑制天线方位向栅瓣。但这种方法抑制栅瓣效果有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何以较少的子阵数和有源通道数达到高增益，较好的栅瓣抑制，提供了一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的阵列天线阵面在沿方位向划分为若干相同的子板，每个子板沿方位向划分为若干大小相同的子阵，每个子板内的子阵分为多个子阵列，每个子阵列内的子阵的数目相同，相邻子阵列之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵列内相邻的子阵之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵内具有多个矩形栅格排列的辐射单元，沿距离向的相邻辐射单元的间距大于一个波长。阵列天线阵面为多个子板相互拼接而成，相邻子板的拼接处为直线。不存在交叉结构，在收拢和展开过程中不存在干涉难题。

所述矩形栅格结构辐射单元的扫描栅瓣为多个分布的小峰值栅瓣。由于子阵列沿距离向错位，可将正规矩形栅格结构的单个大峰值扫描栅瓣散化为多个分布的小峰值栅瓣，使距离向栅瓣大大降低。

所述阵列天线阵面沿方位向有8个子板，每个子板沿方位向具有8个子阵列，每个子阵有16个辐射单元，方位向的单元间距dx＝0.57λ。

所述阵列天线阵面沿距离向有64个辐射单元，距离向的单元间距dy＝1.4λ，每个子阵有8个辐射单元。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的每个子阵内部仍按正规矩形栅格排列辐射单元，子阵可由矩形边界的基本模块组成，非常便于工程实现。

每个子板相同，并且子板拼接处为直线，不存在交叉结构，在收拢和展开过程中不存在干涉难题。

方位向单元间距按常规的方法确定保证不出现栅瓣，可实现方位面大角度扫描(45度左右)。距离向单元间距虽然大于一个波长，但采用子阵距离向错位后，可使距离向20度以内扫描，栅瓣低于-14.5分贝，而采用上述报道的子阵错位方法，栅瓣低于-11分贝。

本发明以较少的子阵数和有源通道数达到高增益，较好的栅瓣抑制等要求，降低天线系统的成本。

附图说明

图1是天线阵面的结构示意图；

图2是单个子板的子阵布局图；

图3是图1所示阵面阵因子和辐射单元方向图方位向切面图；

图4是图1所示阵面阵因子和辐射单元方向图距离向切面图；

图5是图1所示阵面法向方向图方位向切面图；

图6是图1所示阵面方位向扫描45°方向图方位向切面图；

图7是图1所示阵面法向方向图距离向切面图；

图8是图1所示阵面距离向扫描20°方向图距离向切面图。

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所示，本实施例的天线阵面沿方位向分为8个子板，每个子板沿方位向分为8个子阵列，每个子阵列有8个子阵，每个子阵有16个辐射单元，方位向的单元间距dx＝0.57λ。

天线阵面沿距离向有64个单元，距离向的单元间距dy＝1.4λ，每个子阵有8个单元。天线阵面共65536(1024*64)个天线单元。

由于子阵内距离向的单元间距大于1个波长，采用常规的相控阵单元会大大降低阵面效率，并且不利于抑制阵列栅瓣。这里可以采用1×2的波导裂缝阵为辐射单元或1×2的微带贴片阵加1分2功分器为辐射单元。典型的辐射单元在水平面和垂直面的方向图如图3和图4所示。单元方向图在距离向形成两个零点，可有效抑制阵面栅瓣，具有较高的口面效率。

每个子板内的8个子阵列沿距离向错位，错位距离d不等，同时各个子阵列内两两子阵之间延距离向随机拉开一个相对较小的距离c，如图2所示。8个子阵列的错位距离和每列8个子阵沿距离向随机拉开的距离可采用遗传算法进行优化，优化时按栅瓣电平最小为优化目标，将8个子阵列的错位距离和每列8个子阵沿距离向拉开的距离作为优化变量，错位距离为零表示不错位，最大错位距离小于1.5dy。

这里优选为：d1＝0.1961λ，d2＝0.7289λ，d3＝0.0333λ，d4＝0.8214λ，d5＝0.8214λ，d6＝0.2590λ，d7＝0.1998λ，d8＝0.6068λ，c1＝c2＝c3＝c4＝0.37λ，c5＝c6＝c7＝0。

天线阵面的方位向和距离向阵因子和阵列法向方向图和扫描方向图如图3～8所示。从图中可以看出，单元方向图分别在距离向形成两个零点，可有效抑制阵面栅瓣，具有较高的口面效率。阵因子在方位向没有栅瓣，在距离向栅瓣小于-14.5dB。由于单元因子的调制，当阵列不扫描时，栅瓣消失，在距离向±20°扫描时，栅瓣小于-14.5dB，在方位向±45°扫描时，不出现栅瓣。仿真表明，如果采用前述报道的只采用8个子阵列错位的方法，栅瓣只能小于-11分贝。

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 (5)

1.一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，其特征在于，阵列天线阵面在沿方位向划分为若干相同的子板，每个子板沿方位向划分为若干大小相同的子阵，每个子板内的子阵分为多个子阵列，每个子阵列内的子阵的数目相同，相邻子阵列之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵列内相邻的子阵之间沿距离向具有一定的间距，每个子阵内具有多个矩形栅格排列的辐射单元，沿距离向的相邻辐射单元的间距大于一个波长。

2.根据权利要求1所述的一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，其特征在于，阵列天线阵面为多个子板相互拼接而成，相邻子板的拼接处为直线。

3.根据权利要求1所述的一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，其特征在于，所述矩形栅格结构辐射单元的扫描栅瓣为多个分布的小峰值栅瓣。

4.根据权利要求1所述的一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，其特征在于，阵列天线阵面沿方位向有8个子板，每个子板沿方位向具有8个子阵列，每个子阵有16个辐射单元，方位向的单元间距dx＝0.57λ。

5.根据权利要求4所述的一种基于子阵错位的星载SAR相控阵天线，其特征在于，阵列天线阵面沿距离向有64个辐射单元，距离向的单元间距dy＝1.4λ，每个子阵有8个辐射单元。