CN110492252B - 一种大扫描角阵列天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大扫描角阵列天线及其设计方法，在接近1个波长的TR组件间距下，可以实现方位、俯仰±45°扫描角的扫描，可视空间最大栅瓣低于主瓣‑20dB。该天线包括框架以及天线子阵；框架内设置有N×M个区域，每个区域设置一个天线子阵；每个天线子阵包括TR组件子阵、子阵馈电转接板以及子阵天线板；子阵馈电转接板的输入端与所述TR组件子阵连接，子阵馈电转接板的输出端与子阵天线板的输入端连接，子阵天线板以天线单元组为输出；通过子阵馈电转接板，缩小子阵天线单元间距，并将缩小后的子阵天线在原始TR组件子阵尺寸内做偏移，通过该结构从而抑制了栅瓣，提高了工程化水平。

Description

一种大扫描角阵列天线及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种天线结构，具体涉及一种大扫描角阵列天线及其设计方法。

背景技术

相控阵天线因其具备快速的波束扫描、灵活的波束赋形、较高的可靠性等优点，被广泛应用于雷达制导和无线通信领域。阵列天线的结构形式是多种多样的，最基本的形式是线性阵，它是指多个辐射元的中心在一条直线上的阵列天线，单元间距可以是相等的，也可以是不等的。当天线的辐射元的中心排列在一个面上时，则称它为面阵。面阵周围所形成的轮廓形状，可以是矩形面阵，也可以是圆形面阵等。在阵列天线中，单元间距一般取1/2波长，若单元间距过大会在方向图中形成不必要的栅瓣，太小则会使阵列天线单元间的互耦变大，影响天线性能，同时会增加阵列天线的成本及设计难度。

为了降低成本，在确保天线性能的前提下尽量减少单元数目在工程中显得很有必要。在一些地基大型相控阵雷达中，如果采用常规的0.6λ左右的单元口径，其成本是非常巨大的，为了降低成本，增大单元间距是减少单元数目降低成本的有效方法。单元间距在一个波长，甚至两个波长，与此同时会带来栅瓣的影响，扫描范围大大受限。目前通过全阵随机能将线极化体制的雷达扫描时栅瓣抑制到-20dB以下，但是对于数以万计单元的大型阵来说，这种方法几乎不具备可实现性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工程高度可实现的大扫描角天线阵列，解决大间距大规模天线阵列扫描时栅瓣过高的问题。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种大扫描角阵列天线，包括框架以及天线子阵；

框架内设置有N×M个区域，每个区域设置一个天线子阵；

每个天线子阵包括TR组件子阵、子阵馈电转接板以及子阵天线板；子阵馈电转接板的输入端与所述TR组件子阵连接，子阵馈电转接板的输出端与子阵天线板的输入端连接，子阵天线板以天线单元组为输出；

每个TR组件子阵包括n×m个TR组件；每个TR组件子阵中TR组件的水平方向间隔为dx，俯仰方向间隔为dy；

天线单元组包括n×m个天线单元；每个天线单元组中n×m个天线单元的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；

天线单元组整体偏心设置在一个子阵天线板上；

不同子阵天线板上天线单元组的偏心量均不同；

其中，ax/dx＝sx，ay/dy＝sy，sx定义为水平方向压缩系数，sy定义为俯仰方向压缩系数，sx和sy的取值范围是0.6-0.9；N，M，n，m为大于等于1的正整数。

进一步地，上述子阵馈电转接板具体包括TR组件连接层，第一转接层以及天线板连接层；

TR组件连接层的输入端表面设置有与TR组件一一对应的n×m个第一接头，输出端表面设置有与第一转接层输入表面输入端口一一对应n×m个第一探针；

天线板连接层的输入端表面设置有与第一转接层输出表面输出端口一一对应的n×m个第二探针，输出端表面设置有n×m个第二接头；

第一转接层输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为dx，俯仰方向间隔为dy；第一转接层输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；

第一转接层输入表面的每个输入端口与第一转接层输出表面的每个输出端口之间通过第一延长线连接。

进一步地，上述第一延长线的长度计算公式为：

其中，len1为第一延长线长度。

进一步地，子阵天线板具体包括子阵馈电转接板连接层、第二转接层以及天线单元连接层；

子阵馈电转接板连接层的输入端表面设置有与天线板连接层中n×m个第二接头一一对应的n×m个第三接头，输出端表面设置有与第二转接层输入表面输入端口一一对应n×m个第三探针；

天线单元连接层输入表面的输入端口设置有与第二转接层输出表面输出端口一一对应的n×m个第四探针，天线单元连接层输出端表面的输出端口对应设置有天线单元；

第二转接层输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；第二转接层输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；第二转接层输出表面的所有输出端口整体为偏心设置，且水平方向的偏心量为cx，俯仰方向的偏心量为cy；

第二转接层输入表面输入端口与第二转接层输出表面输出端口之间通过第二延长线连接。

进一步地，上述第二延长线的长度计算公式为：

其中，len2为第二延长线长度；

max_cx为第二转接层输出表面的输出端口水平方向最大偏心量；

max_cy为第二转接层输出表面的输出端口俯仰方向最大偏心量。

进一步地，上述N×M×n×m≥1000。

进一步地，上述第一连接层和第二连接层均为带线结构，均通过两层0.508mm厚的tly-5型介质板压合而成，介电常数2.2，损耗正切值为0.001。

进一步地，上述TR组件的水平方向间隔dx以及俯仰方向间隔dy的取值范围为1-3个波长。

进一步地，上述第一接头、第二接头、第三接头均采用SMP接头。

基于上述一种大扫描角阵列天线的结构描述，现对该天线的制作方法进行介绍，具体包括以下实现步骤：

步骤1：根据总体需求，确定输入参数；

所述输入参数包括最大电扫角

天线子阵水平方向数量N，俯仰方向数量M；天线子阵水平方向间隔DX，俯仰方向间隔DY；TR组件水平方向数量n，俯仰方向数量m；TR组件水平方向间隔dx，俯仰方向间隔dy；压缩系数sx，sy；则天线单元的水平方向间隔ax＝dx×sx，俯仰方向间隔ay＝dy×sy；向N×M个子阵天线板上的每个天线单元组初始化给定水平方向偏心量及俯仰方向偏心量，记为(cx_ij，cy_ij)；

其中，i＝1，…，N；

j＝1，…，M；

步骤2：建立阵面坐标系，计算出第ij个天线子阵中心在阵面坐标系中的位置(P_xij，P_yij)；

以左下角TR组件子阵的左下角为阵面坐标系原点(0，0)，向右及向上分别为阵面坐标系x正方向及阵面坐标系y正方向，从而建立阵面坐标系；

则P_xij，P_yij计算公式为：

P_xij＝(i-1)×DX+DX*2+cx_ij；

P_yij＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij；

步骤3：计算第ij个天线子阵中第uv个天线单元相对于第ij个天线子阵中心的位置(Pe_xuv，Pe_yuv)

第ij个天线子阵中共有n×m个天线单元，第uv个天线单元在子阵中相对于第ij个天线子阵中心的位置为(Pe_xuv，Pe_yuv)；其中u＝1，…，n；v＝1,…,m：

则(Pe_xuv，Pe_yuv)的计算公式为：

Pe_xuv＝((u-1)-(n-1)/2)ax

Pe_yuv＝((v-1)-(m-1)/2)ay

步骤4：根据步骤2和3，计算得到第uv个天线单元在阵面坐标系中的绝对位置(Pe_xijuv，Pe_yijuv)；

具体计算公式为：

Pe_xijuv＝(i-1)×DX+DX/2+cx_ij+((u-1)-(n-1)/2)ax；

Pe_yijuv＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij+((v-1)-(m-1)/2)ay；

步骤5：计算最大扫描角为

时的均匀馈电阵因子

具体计算公式为：

其中，λ表达电磁波波长；

步骤6：根据均匀馈电阵因子

计算出波束宽度θ_bw，通过将波束宽度θ_bw与扩展因子k相乘，获得保护区域region，在保护区域region以外的上半空间中搜索最大副瓣电平SLLmax；其中，k为常数，取值范围是2-40；

当SLLmax≤-20dB，则认为每个天线单元组的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量均符合要求，执行步骤8；否则执行步骤7；

步骤7：在步骤1中重新向所有天线单元组给定新的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，重复执行步骤2-6；当迭代次数超过max_iteration次数后，跳至步骤4；其中，max_iteration次数大于500；

步骤8：将N×M个天线单元组对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量进行压缩分组，将水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量趋近相同的归位一组，最终将N×M个天线单元对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量压缩为L组；

步骤9：根据步骤1的输入参数以及N×M个天线子阵对应的压缩后的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，制作阵列天线。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的一种大规模大间距大扫描角阵列天线设计，可以显著提升大间距大规模相控阵面系统的扫描角度，可以实现方位俯仰±45度扫描，最大栅瓣不大于-20dB，并且由于整个阵面TR组件框架为周期排布，仅仅增加子阵馈电转接板，及重新设计的子阵天线，在工程实现性，加工、装配及调试维护性均具备良好优势。

2、本发明阵列天线对于天线形式没有限制，可以采用常规单元天线形式作为基本单元，方便设计对于现有系统不会增加过多设计难度。

3、采用同轴绝缘子与带线垂直连接的形式大大压缩剖面高度，对整个系统的剖面仅带来不到2cm的高度增加，采用盲插方式，安装简单。

附图说明

图1是实施例提供的阵列天线结构示意图；

图2是天线子阵结构示意图；

图3是子阵馈电转接板的结构示意图；

图4是第一转接层的结构示意图；

图5是子阵天线板的结构示意图；

图6(a)是第二转接层中第一延长线的一种偏移方式示意图；

图6(b)是第二转接层中第一延长线的另一种偏移方式示意图；

图7是阵列天线的制作流程图；

图8是迭代形成的副瓣电平曲线图；

图9(a)是天线单元组压缩分组前的示意图；

图9(b)是天线单元组压缩分组后的示意图；

图10(a)是扫描角为(45°，0°)阵因子结果；

图10(b)是扫描角为(45°，90°)阵因子结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种大扫描角阵列天线及其设计方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本发明结合附图及以下实施例为基础进行说明。

一种大扫描角阵列天线，如图1所示，包括框架1以及天线子阵2；

框架1内设置有N×M个区域，每个区域设置一个天线子阵2；本实施例中N和M均取值为8，天线子阵2按照矩形进行周期排列；(根据实际需要N和M还可以取值不同，只需满足N，M为大于等于1的正整数即可)。

如图2所示，每个天线子阵2包括TR组件子阵3、子阵馈电转接板4以及子阵天线板5；子阵馈电转接板4的输入端与所述TR组件子阵3连接，子阵馈电转接板4的输出端与子阵天线板5的输入端连接，子阵天线板5以天线单元组6为输出；

每个TR组件子阵3包括n×m个TR组件7；每个TR组件子阵3中TR组件7的水平方向间隔为dx，俯仰方向间隔为dy；

天线单元组6包括n×m个天线单元8；每个天线单元组6中n×m个天线单元8的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；本实施例中n和m均取值为8，天线单元按照矩形进行周期排列；(根据实际需要n和m还可以取值不同，只需满足n，m为大于等于1的正整数即可)。

天线单元组6整体偏心设置在一个子阵天线板5上；不同子阵天线板5上天线单元组6的偏心量均不同；其中，ax/dx＝sx，ay/dy＝sy，sx定义为水平方向压缩系数，sy定义为俯仰方向压缩系数，sx和sy的取值范围是0.6-0.9。

本实施例中阵列天线中为4096个天线单元8，TR组件子阵3间距DX，DY均为232mm，TR组件7间距dx，dy均为29mm，压缩系数sx、sy取值均为0.89，则天线单元8间距ax，ay均为26mm。

如图3所示，子阵馈电转接板4的具体结构是：

子阵馈电转接板4包括TR组件连接层9，第一转接层10以及天线板连接层11(如图3从左至右排列)；TR组件连接层9的输入端表面设置有与TR组件7一一对应的n×m(8×8)个第一接头(图3中未示出)，输出端表面设置有与第一转接层10输入表面输入端口一一对应n×m个第一探针12；天线板连接层11的输入端表面设置有与第一转接层10输出表面输出端口一一对应的n×m(8×8)个第二探针(图3中未示出)，输出端表面设置有n×m(8×8)个第二接头13；第一转接层10输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为dx(dx＝29mm)，俯仰方向间隔为dy(dy＝29mm)；第一转接层10输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；第一转接层10输入表面的每个输入端口与第一转接层10输出表面的每个输出端口之间通过第一延长线连接。

第一转接层10为带线结构，两层0.508mm厚的tly-5型介质板压合而成，介电常数2.2，损耗正切值0.001的介质板，压合固化片厚度为0.1mm，总厚度1.116mm，该层电路板一共有64组第一延长线14，长度相同。每个天线子阵的子阵馈电转接板4中第一转接层10的带线样式一致，示意图如图4所示。如图4所示第一转接层10示意图，其中黑色带状线为第一延长线15，长度为len1＝19.8mm，白点代表连接TR组件连接层9的连接点，黑点代表连接天线连接层11的连接点。

子阵天线板5的具体结构是：子阵天线板5包括子阵馈电转接板连接层15、第二转接层16以及天线单元连接层17(如图5从左至右排列)；子阵馈电转接板连接层15的输入端表面设置有与天线板连接层11中n×m(8×8)个第二接头13一一对应的n×m(8×8)个第三接头(图5中未示出)，输出端表面设置有与第二转接层16输入表面输入端口一一对应n×m(8×8)个第三探针18；天线单元连接层17输入表面的输入端口设置有与第二转接层16输出表面输出端口一一对应的n×m(8×8)个第四探针(图5中未示出)，天线单元连接层17输出端表面的输出端口对应设置有天线单元8；第二转接层输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为ax(ax＝26mm)，俯仰方向间隔为ay(ay＝26mm)；第二转接层输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax(ax＝26mm)，俯仰方向间隔为ay(ay＝26mm)；第二转接层16输出表面的所有输出端口整体为偏心设置，且水平方向的偏心量为cx，俯仰方向的偏心量为cy；第二转接层16输入表面输入端口与第二转接层16输出表面输出端口之间通过第二延长线连接。

第二转接层16为带线结构，由两层0.508mm厚的tly-5型介质板压合而成，介电常数2.2，损耗正切值0.001的介质板，压合固化片厚度为0.1mm，总厚度1.116mm，该层电路板一共有64组第二延长线19，长度相同，根据优化结果等于max_cx,max_cy。不同子阵的天线子阵偏移量cx，cy的不同，导致会有不同样式的子阵天线板中的第二转接层16的样式，样式示意图如图6(a)和图6(b)所示。图6(a)所示为偏移量为(11.85mm,10.33mm)的第二转接层16示意图，图6(b)所示为偏移量为(11.65mm，0.55mm)的第二转接层16示意图，白点代表连接子阵馈电转接板连接层15的连接点，黑点代表连接天线单元连接层17的连接点。

除上述实施例结构和制作方法之外，本发明还有一些内容需要说明：

1、如前所述的TR组件不是本阵面设计的内容，但是是本阵列天线设计的基础，所有设计尺寸需基于TR组件的尺寸，排布作为设计输入。对TR组件有以下要求：其必须进行子阵划分设计，子阵间为周期排布，子阵内也为周期排布，子阵间及子阵内均不要求一定按照紧凑排布，考虑到阵面骨架、水冷、供电等因素的存在。

2、天线子阵规模可设为长方形，正方形，一维线阵等样式，子阵单元之间可矩形排列也可三角形排列。如果是对现有大型阵面进行改造设计，那么与TR组件一致即可；

3、一块子阵馈电转接板中第一延长线的数量与TR组件子阵内TR组件的数量一致，为n×m，所有第一延长线长度len1相同，具体计算为：

4、第二延长线的长度与天线单元组的最大偏离中心量相关，偏离中心量记为max_cx，max_cy，该值由优化后结果确定，所有第二延长线的长度相同，具体计算公式为：

5、天线单元采用常规阵列天线形式，需要注意要与多层同轴端口进行一体化设计，如果是立式天线则需要将多层同轴端口改为同轴绝缘子后进行设计。

基于如前对阵列天线的结构描述，现对该天线的制作过程进行介绍，具体步骤如图7所示：

步骤1：根据总体需求，确定输入参数；

输入参数包括最大电扫角

本实施例中为

天线子阵水平方向数量为N(N＝8)，俯仰方向数量M(M＝8)；天线子阵水平方向间隔DX(DX＝232mm)，俯仰方向间隔DY(DY＝232mm)；TR组件水平方向数量n(n＝8)，俯仰方向数量m(m＝8)；TR组件水平方向间隔dx(dx＝29mm)，俯仰方向间隔dy(dy＝29mm)；压缩系数sx，sy均取值为0.9；则天线单元的水平方向间隔ax＝26，俯仰方向间隔ay＝26；向8×8个子阵天线板上的每个天线单元组初始化给定水平方向偏心量及俯仰方向偏心量，记为(cx_ij，cy_ij)，其中，i＝1，…，8；j＝1，…，8；在此实例中我们取(cx_ij，cy_ij)初始化值均为0；

步骤2：建立阵面坐标系，计算出第ij个天线子阵中心在阵面坐标系中的位置(P_xij，P_yij)；

以左下角TR组件子阵的左下角为阵面坐标系原点(0，0)，向右及向上分别为阵面坐标系x正方向及阵面坐标系y正方向，从而建立阵面坐标系；

则P_xij，P_yij计算公式为：

P_xij＝(i-1)×DX+DX/2+cx_ij；

P_yij＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij；

步骤3：计算第ij个天线子阵中第uv个天线单元相对于第ij个天线子阵中心的位置(Pe_xuv，Pe_yuv)

第ij个天线子阵中共有n×m个天线单元，第uv个天线单元在子阵中相对于第ij个天线子阵中心的位置为(Pe_xuv，Pe_yuv)；其中u＝1，…，n；v＝1,…,m：

则(Pe_xuv，Pe_yuv)的计算公式为：

Pe_xuv＝((u-1)-(n-1)/2)ax

Pe_yuv＝((v-1)-(m-1)/2)ay

步骤4：根据步骤2和3，计算得到第uv个天线单元在阵面坐标系中的绝对位置(Pe_xijuv，Pe_yijuv)；

具体计算公式为：

Pe_xijuv＝(i-1)×DX+DX/2+cx_ij+((u-1)-(n-1)/2)ax；

Pe_yijuv＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij+((v-1)-(m-1)/2)ay；

通过步骤4的具体计算公式求解出将所有天线子阵中所有天线单元在阵面坐标系的位置；

步骤5：计算最大扫描角为

时的均匀馈电阵因子

具体计算公式为：

其中，λ表达电磁波波长；

步骤6：根据均匀馈电阵因子

计算出波束宽度θ_bw，通过将波束宽度θ_bw与扩展因子k相乘，获得保护区域region，在保护区域region以外的上半空间中搜索最大副瓣电平SLLmax；其中，k为常数，取值范围是2-40，本实例选取20；

当SLLmax≤-20dB，则认为每个天线单元组的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量均符合要求，执行步骤8；否则执行步骤7；

步骤7：在步骤1中重新向所有天线单元组给定新的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，重复执行步骤2-6；当迭代次数超过max_iteration次数后，跳至步骤4；其中，max_iteration次数大于500；如图8所示，迭代400次以后收敛，此时副瓣电平被优化-16.2dB，无法满足≤-20dB的要求，由于本实施例中max_iteration设置为500次，因此本实施例中max_iteration必须达到500次后迭代结束。

步骤8：如图9(a)和(b)所示，将N×M个天线单元组对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量进行压缩分组，将水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量趋近相同的归位一组，最终将N×M个天线单元对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量压缩为L组；

步骤9：根据步骤1的输入参数以及N×M个天线子阵对应的压缩后的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，制作阵列天线。

实验验证

对制作好的阵列天线求解其在(45°，0°)及(45°，90°)扫描角下的阵因子，从而得到如图10(a)和(b)所示的结果，可以看出，主瓣宽度×20外旁瓣电平，可抑制到-17dB以下。

Claims (10)

1.一种大扫描角阵列天线，其特征在于：

包括框架1以及天线子阵2；

框架1内设置有N×M个区域，每个区域设置一个天线子阵2；

每个天线阵2包括TR组件子阵3、子阵馈电转接板4以及子阵天线板5；子阵馈电转接板4的输入端与所述TR组件子阵3连接，子阵馈电转接板4的输出端与子阵天线板5的输入端连接，子阵天线板5以天线单元组6为输出；

每个TR组件子阵3包括n×m个TR组件7；每个TR组件子阵3中TR组件7的水平方向间隔为dx，俯仰方向间隔为dy；

天线单元组6包括n×m个天线单元8；每个天线单元组6中n×m个天线单元8的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；

天线单元组6整体偏心设置在一个子阵天线板5上；

不同子阵天线板5上天线单元组6的偏心量均不同；

其中，ax/dx＝sx，ay/dy＝sy，sx定义为水平方向压缩系数，sy定义为俯仰方向压缩系数，sx和sy的取值范围是0.6-0.9；N，M，n，m为大于等于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：

子阵馈电转接板包括TR组件连接层，第一转接层以及天线板连接层；

TR组件连接层的输入端表面设置有与TR组件一一对应的n×m个第一接头，输出端表面设置有与第一转接层输入表面输入端口一一对应n×m个第一探针；

天线板连接层的输入端表面设置有与第一转接层输出表面输出端口一一对应的n×m个第二探针，输出端表面设置有n×m个第二接头；

第一转接层输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为dx，俯仰方向间隔为dy；第一转接层输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；

第一转接层输入表面的每个输入端口与第一转接层输出表面的每个输出端口之间通过第一延长线连接。

3.根据权利要求2所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：第一延长线的长度计算公式为：

其中，len1为第一延长线长度。

4.根据权利要求2所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：

子阵天线板包括子阵馈电转接板连接层、第二转接层以及天线单元连接层；

子阵馈电转接板连接层的输入端表面设置有与天线板连接层中n×m个第二接头一一对应的n×m个第三接头，输出端表面设置有与第二转接层输入表面输入端口一一对应n×m个第三探针；

天线单元连接层输入表面的输入端口设置有与第二转接层输出表面输出端口一一对应的n×m个第四探针，天线单元连接层输出端表面的输出端口对应设置有天线单元；

第二转接层输入表面的输入端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；第二转接层输出表面的输出端口之间的水平方向间隔为ax，俯仰方向间隔为ay；第二转接层输出表面的所有输出端口整体为偏心设置，且水平方向的偏心量为cx，俯仰方向的偏心量为cy；

第二转接层输入表面输入端口与第二转接层输出表面输出端口之间通过第二延长线连接。

5.根据权利要求4所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：第二延长线的长度计算公式为：

其中，len2为第二延长线长度；

max_cx为第二转接层输出表面的输出端口水平方向最大偏心量；

max_cy为第二转接层输出表面的输出端口俯仰方向最大偏心量。

6.根据权利要求5所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：N×M×n×m≥1000。

7.根据权利要求6所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：第一连接层和第二连接层均为带线结构，均通过两层0.508mm厚的tly-5型介质板压合而成，介电常数2.2，损耗正切值为0.001。

8.根据权利要求6所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：TR组件的水平方向间隔dx以及俯仰方向间隔dy的取值范围为1-3个波长。

9.根据权利要求8所述的大扫描角阵列天线，其特征在于：所述第一接头、第二接头、第三接头均采用SMP接头。

10.一种大扫描角阵列天线的设计方法，其特征在于：

步骤1：根据总体需求，确定输入参数；

所述输入参数包括最大电扫角

天线子阵水平方向数量N，俯仰方向数量M；天线子阵水平方向间隔DX，俯仰方向间隔DY；TR组件水平方向数量n，俯仰方向数量m；TR组件水平方向间隔dx，俯仰方向间隔dy；压缩系数sx，sy；则天线单元的水平方向间隔ax＝dx×sx，俯仰方向间隔ay＝dy×sy；向N×M个子阵天线板上的每个天线单元组初始化给定水平方向偏心量及俯仰方向偏心量，记为(cx_ij，cy_ij)；

其中，i＝1，…，N；

j＝1，…，M；

步骤2：建立阵面坐标系，计算出第ij个天线子阵中心在阵面坐标系中的位置(P_xij，P_yij)；

以左下角TR组件子阵的左下角为阵面坐标系原点(0，0)，向右及向上分别为阵面坐标系x正方向及阵面坐标系y正方向，从而建立阵面坐标系；

则P_xij，P_yij计算公式为：

P_xij＝(i-1)×DX+DX/2+cx_ij；

P_yij＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij；

步骤3：计算第ij个天线子阵中第uv个天线单元相对于第ij个天线子阵中心的位置(Pe_xuv，Pe_yuv)；

第ij个天线子阵中共有n×m个天线单元，第uv个天线单元在子阵中相对于第ij个天线子阵中心的位置为(Pe_xuv，Pe_yuv)；其中u＝1，…，n；v＝1,…,m；

则(Pe_xuv，Pe_yuv)的计算公式为：

Pe_xuv＝((u-1)-(n-1)/2)ax

Pe_yuv＝((v-1)-(m-1)/2)ay

步骤4：根据步骤2和3，计算得到第uv个天线单元在阵面坐标系中的绝对位置(Pe_xijuv，Pe_yijuv)；

具体计算公式为：

Pe_xijuv＝(i-1)×DX+DX/2+cx_ij+((u-1)-(n-1)/2)ax；

Pe_yijuv＝(j-1)×DY+DY/2+cy_ij+((v-1)-(m-1)/2)ay；

步骤5：计算最大扫描角为

时的均匀馈电阵因子

具体计算公式为：

其中，λ表达电磁波波长；

步骤6：根据均匀馈电阵因子

计算出波束宽度θ_bw，通过将波束宽度θ_bw与扩展因子k相乘，获得保护区域region，在保护区域region以外的上半空间中搜索最大副瓣电平SLLmax；其中，k为常数，取值范围是2-40；

当SLLmax≤-20dB，则认为每个天线单元组的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量均符合要求，执行步骤8；否则执行步骤7；

步骤7：在步骤1中重新向所有天线单元组给定新的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，重复执行步骤2-6；当迭代次数超过max_iteration次数后，跳至步骤4；其中，max_iteration次数大于500；

步骤8：将N×M个天线单元组对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量进行压缩分组，将水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量趋近相同的归位一组，最终将N×M个天线单元对应的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量压缩为L组；

步骤9：根据步骤1的输入参数以及N×M个天线子阵对应的压缩后的水平方向偏心量以及俯仰方向偏心量，制作阵列天线。

Images