CN113193359A - 一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法 - Google Patents
一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法,该方法包括获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。本发明实现了通过在阵列中心加入无源寄生振子来对短波相控阵天线进行去互耦,简单易于实现,只需要基于具体的阵列对寄生振子结构进行调整就可以达到降低互耦的效果。
Description
技术领域
本申请涉及短波相控阵天线技术领域,具体而言,涉及一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法。
背景技术
在短波波段,由于工作波长较长,天线体积较大,短波相控阵天线主要用于超视距雷达,在通信方面几乎很少应用。目前用于远距离短波通信的阵列天线主要为对数周期天线。对数周期天线是一种定向天线,需通过旋转天线体才能实现主波束的扫描,且天线结构庞大,不易架设,机动性较差。利用小型化短波宽带天线组成天线阵列,通过对单元天线的馈电相位进行控制可实现阵列波束的扫描,该方式不仅可以为短波通信系统提供较高的增益,还可实现通信方向灵活可调。
短波宽带鞭状天线结构简单、架设方便,广泛应用于短波全向通信。利用短波宽带鞭天线按照一定排列方式组成天线阵(圆形阵、矩形阵、十字阵等),通过改变天线单元的馈线相位,不仅可以实现主波束360°全向扫描,而且具有较强的方向性,适用于远距离短波通信。
然而,由于阵元间耦合的影响,当天线阵列的主波束正好对准某一阵元时,该阵元由于受到非常强的电磁辐射,会产生较大的感应电流,故此时驻波比会在个别频点上发生较大的突变;当主波束偏离某一阵元,该阵元受到的电磁耦合将减小,故该阵元驻波比的最大值会减小;当主波束正好在两个相邻的阵元之间,而且这两个阵元所受到的电磁辐射相同时,这两个阵元的驻波比的变化规律相同。基于上述原因,需要对阵元采用一定的去互耦措施。在实际天线阵的设计中,比较常用的去耦合的方法主要有两种:一是改变天线单元或者阵列的结构;二是设计适当的去互耦匹配网络。上述两种方法较为复杂,不易实现,因此存在采用阵元稀疏的方法来降低耦合对阵列性能的影响。
阵元稀疏即让个别阵元不工作,阵列中阵元不工作的方式可分为开路、短路和移除。经研究分析,移除的方式能够更有效地降低阵元间的互耦对短波相控阵天线性能的影响,而开路和短路仍然会出现驻波比突变的情况。然而,阵元稀疏的方式虽然在一定程度上降低了耦合对阵列的影响,但该方式在工作时操作会较为繁琐,需要根据主波束指向来调整阵元的工作状态。
发明内容
为了解决上述问题,本申请实施例提供了一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法。在加入寄生阵元后,寄生振子会对阵列中阵元的直接耦合起到一定的隔离作用,使得部分阵元不会直接辐射至其它阵元上,而是先辐射到寄生振子上,在寄生振子上形成感应电流,再经寄生振子辐射到其它阵元上,从而减小了阵列中阵元的有源驻波比。
第一方面,本发明实施例提供了一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法,所述方法包括:
获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
优选的,所述确定所述阵列结构的阵列中心,包括:
判断所述阵列结构是否能够拆分为多个子阵列;
若是,则将所述阵列结构拆分为至少两个子阵列,计算各所述子阵列的子阵列几何中心,将各所述子阵列几何中心确定为各所述子阵列的阵列中心;
若否,则将所述阵列结构的几何中心确定为所述阵列结构的阵列中心。
优选的,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为圆形短波相控阵天线时,获取所述短波相控阵天线的天线长度;
调整无源寄生振子的振子长度,使所述振子长度与所述天线长度的长度差值处于第一差值范围;
在所述第一差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子长度确定为所述无源寄生振子最终的振子长度。
优选的,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线时,确定所述无源寄生振子的个数;
基于群智能优化算法对各所述无源寄生振子的各振子长度进行长度优化。
优选的,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
获取所述短波相控阵天线的天线单元半径;
调整无源寄生单元的振子半径,使所述振子半径与所述天线单元半径的半径差值处于第二差值范围;
在所述第二差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子半径确定为所述无源寄生振子最终的振子半径。
优选的,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数之后,还包括:
若所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线且所述无源寄生振子存在RLC加载,基于群智能优化算法对所述无源寄生振子的加载电参数数值进行优化。
第二方面,本发明实施例提供了一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
调整模块,用于基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
第三方面,本发明实施例提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。
第四方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。
本申请的有益效果为:通过在阵列中心加入无源寄生振子来对短波相控阵天线进行去互耦,简单易于实现,只需要基于具体的阵列对寄生振子结构进行调整就可以达到降低互耦的效果。阵列中心加入的无源寄生振子即无源直立金属杆在受到其他阵元的辐射时,会产生一定的感应电流,此时寄生振子可以看作一根天线,它可以对感应电流进行二次辐射来实现对阵元的去互耦。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的寄生振子的摆放位置及对应数量的举例示意图;
图3为本申请实施例提供的IWO算法优化的流程举例示意图;
图4为本申请实施例提供的一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在下述介绍中,术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例,不同实施例之间可以替换或者合并组合,因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而,如果一个实施例包含特征A、B、C,另一个实施例包含特征B、D,那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例,尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例,并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下,对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行,并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外,可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
参见图1,图1是本申请实施例提供的一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法的流程示意图。在本申请实施例中,所述方法包括:
S101、获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线。
在本申请实施例中,为了设置无源寄生振子来对短波相控阵天线进行驻波比突变的改善,达到降低互耦效果,将会在阵列结构中心来加入无源寄生振子。故首先将获取短波相控阵天线的阵列结构,以此来确定该阵列结构的阵列中心,便于准确的设置无源寄生振子。
在一种可实施方式中,所述确定所述阵列结构的阵列中心,包括:
判断所述阵列结构是否能够拆分为多个子阵列;
若是,则将所述阵列结构拆分为至少两个子阵列,计算各所述子阵列的子阵列几何中心,将各所述子阵列几何中心确定为各所述子阵列的阵列中心;
若否,则将所述阵列结构的几何中心确定为所述阵列结构的阵列中心。
在本申请实施例中,为了确定阵列结构的阵列中心,首先会根据阵列结构来判断整个阵列结构是否可以拆分为多个子阵列。例如2X4结构的矩形短波相控阵天线的阵列结构,可以基于最小的单元划分为多个子阵列,此时将会计算各个子阵列的子阵列几何中心,并将其分别确定为各个子阵列的阵列中心。又例如对于圆形短波相控阵天线而言,其几何中心为圆心,且形成的各个圆形结构的圆心相同,故可以直接将其几何中心即圆心确定为阵列中心。
具体的,对于2×4矩形短波宽带直立相控阵而言,如图2所示,由于其可以分成若干个子阵列,可以设置一根至四根寄生振子。通过统计计算加入不同数量的寄生振子后,2×4矩形短波宽带直立相控阵天线仿真结果后发现,寄生振子的加入对2×4矩形短波相控阵天线的驻波比有较大改善,寄生振子越多,则改善越明显。阵列中加入四根寄生振子时,驻波比的最大值最小,但驻波大于3的频点比例超过了10%。阵列中加入三根寄生振子时,阵元的驻波比大于3的频点数最少,驻波比的最大值为5.14,明显小于无寄生振子时的9.89。从表中还可以看出,不同数量的寄生振子的加入都会引起阵列在某些频带内增益的下降,寄生振子数量越多,增益下降越大,但下降的频带较窄。综合以上分析可以发现,当在2×4矩形短波宽带直立相控阵天线中加入三根寄生振子时,去互耦效果最为明显。
矩形短波相控阵中部分阵元因耦合产生较大的感应电流,导致这些阵元在某些频率附近驻波比急剧上升。在加入寄生振子后,寄生振子会对阵列中阵元的直接耦合起到一定的隔离作用,使得部分阵元不会直接辐射至其它阵元上,而是先辐射到寄生振子上,在寄生振子上形成感应电流,再经寄生振子辐射到其它阵元上,从而减小了阵列中阵元的驻波比。
S102、基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
在本申请实施例中,确定了短波相控阵天线的阵列中心后,为了达到最好的去互耦效果,将根据阵列结构来调整无源寄生振子的结构参数,然后才将无源寄生振子设置至阵列中心,来使无源寄生振子在受到阵元辐射后产生感应电流,进而实现对阵列的去互耦。
在一种可实施方式中,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为圆形短波相控阵天线时,获取所述短波相控阵天线的天线长度;
调整无源寄生振子的振子长度,使所述振子长度与所述天线长度的长度差值处于第一差值范围;
在所述第一差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子长度确定为所述无源寄生振子最终的振子长度。
在本申请实施例中,对于圆形短波相控阵天线,其中一个结构参数为振子长度,为了确定振子长度,首先将确定短波相控阵天线的天线长度,粗略的将振子长度调整为与天线长度相近,二者误差处于第一差值范围内。接着在该第一差值范围内计算不同振子长度下短波相控阵天线的驻波比,将驻波比峰值最小的振子长度确认为无源寄生振子的最终的振子长度。
具体的,以10m短波宽带天线为例,考虑实际工程需求,寄生振子的长度选择为5m、7.5m、10m、12.5m、15m,寄生振子的半径为0.025m来进行验证,来研究加入不同长度的寄生振子后圆形短波宽带直立相控阵天线仿真结果。从研究结果中发现,寄生振子的长度对八元圆形短波宽带直立相控阵天线的性能有较大影响。对于驻波比的最大值而言,当加入寄生振子的长度大于8m时,圆形阵中阵元驻波比的最大值比无寄生振子时都有了较大的减小。其中,当寄生振子长度为9m时,驻波比的最大值最小,其值为5.32;当寄生振子的长度大于8m时,驻波比大于3的频点数所占比例(相对于总采样点)随着寄生振子的长度增加也逐渐增加。当寄生振子长度大于10m时,驻波比大于3的频点数所占比例比已经超过了无寄生振子时的比例。加入寄生振子后,圆形阵的增益较无寄生振子时都有一定的下降,当寄生振子的长度为5m时,增益下降最少,其次为长度为9m时。
从以上分析可以得出,通过改变寄生振子的长度能够有效改善圆形短波宽带直立相控阵天线中互耦对阵列性能的影响。当寄生振子的长度为9m时,虽然给阵列的增益带来了较小的下降,但能够较大程度的减小圆形阵中阵元驻波比在个别频率附近的突变。
在一种可实施方式中,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线时,确定所述无源寄生振子的个数;
基于群智能优化算法对各所述无源寄生振子的各振子长度进行长度优化。
在本申请实施例中,群智能优化算法可以是IWO、PSO、GA、DE等,优选为IWO算法。对于矩形短波相控阵天线,其结构参数包括振子长度,由于矩形短波相控阵天线一般能够拆分为多个子阵列,即设置有多个寄生振子,由于多个寄生振子的长度变化具有非常多的组合,故将基于IWO算法来对其进行长度优化。
具体的,以2X4矩形短波宽带直立相控阵天线为例,由前述内容可知,对于2X4矩形短波宽带直立相控阵天线,选取三根寄生振子最优。由于三根寄生振子的长度变化具有非常多的组合,研究起来工作量非常大。为了简单起见,使用IWO算法对三根寄生振子的长度进行优化,降低耦合对天线单元的影响,使得优化后的2×4矩形短波宽带直立相控阵天线的性能得到提高。由分析可知,加入寄生振子后,阵列的驻波比得到较好的改善,同时带来了增益较大的下降。为达到两者之间的平衡,适应值函数选择如下:
fitness=min(max(VSWRi,j,k)+(G0 i,j-Gi,j))
其中,VSWRi,j,k为阵列工作频率为iMHz(i=3,3.5,…,29.5,30)、主波束扫描角度为j(j=0,2,4,…,356,358)时,阵元k(k=1,2,…,7,8)的驻波比。Gi,j和G0 i,j分别为在加入寄生振子和无寄生振子时阵列工作频率为iMHz,主波束扫描角度为j时的增益。
优化过程如图3所示,考虑到实际情况,寄生振子长度取值范围为[5,20],单位为米。为保持阵列结构的对称性,同时减少优化变量,这里规定寄生振子1和寄生振子3的长度相同。IWO算法的参数设置如下:初始化种子维数为2,初始化种群数位10,最大种群数位50,最大迭代次数为50次,初始散步方差为16,最终散步方差为0.5。经过IWO算法50次迭代后,最优的寄生振子长度分别为L1=12.18m,L2=11.5m。
经仿真验证,对寄生振子长度优化后,2×4矩形短波相控阵天线的性能得到了明显提高。在阵列中加入最优不等长寄生振子后,最大驻波比下降到了5.18,增益下降最大值减到了3.24dB,且驻波比大于3的频点数所占比例较无寄生振子时下降了2.23%。
在一种可实施方式中,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
获取所述短波相控阵天线的天线单元半径;
调整无源寄生单元的振子半径,使所述振子半径与所述天线单元半径的半径差值处于第二差值范围;
在所述第二差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子半径确定为所述无源寄生振子最终的振子半径。
在本申请实施例中,短波相控阵天线其中一个结构参数为振子半径,为了确定振子半径,首先将确定短波相控阵天线的天线单元半径,粗略的将振子半径调整为与天线单元半径相近,二者误差处于第二差值范围内。接着在该第二差值范围内计算不同振子半径下短波相控阵天线的驻波比,将驻波比峰值最小的振子半径确认为无源寄生振子的最终的振子半径。
具体的,以采用的短波宽带直立天线的半径为0.025m为例,寄生振子的半径分别选择为0.01m、0.025m、0.05m、0.1m,长度为10m。通过对加入不同半径的寄生振子后圆形短波宽带直立相控阵天线仿真结果对比发现,加入寄生振子后,圆形阵中阵元的驻波比得到了较大的改善,同时在某些频点上带来了增益一定的下降。寄生振子半径越大,阵列的驻波比的最大值改善越明显,增益下降越小。主要原因分析如下:
在加入寄生振子前,当阵列的方向图主瓣正好对准阵元1时,此时阵列的辐射功率将集中辐射到阵元1方向,此时阵元1会耦合产生较大的感应电流,导致驻波比在某些频率附近急剧上升。当在阵列中心加入寄生振子后,寄生振子就起到了一定的隔离作用,使得阵元1上的感应电流减小,从而减小了阵元1的驻波比。与此同时,寄生振子的感应电流也会形成二次辐射,寄生振子的二次辐射在阵元1处的辐射场相位与其它阵元在阵元1处的辐射场相位存在差异,一方面可减小阵元1的驻波比,另一方面也将导致整个天线阵的增益下降。
从以上分析中可以得知,在圆形短波宽带直立相控阵中心加入寄生振子能够有效地降低互耦对阵列性能的影响。考虑到工程实际应用的便利,寄生振子的半径不宜太小或太大,选择半径为0.025m的寄生振子最为合适,其驻波比大于3的频点数最少。
在一种可实施方式中,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数之后,还包括:
若所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线且所述无源寄生振子存在RLC加载,基于群智能优化算法对所述无源寄生振子的加载电参数数值进行优化。
在本申请实施例中,群智能优化算法可以是IWO、PSO、GA、DE等,优选为IWO算法。寄生振子还可以进行加载RLC网络,寄生振子的加载同样会对2×4矩形短波宽带直立相控阵天线性能造成影响。为简单起见,这里的加载为纯阻性加载。同样利用IWO算法对寄生振子的加载电阻值进行优化。考虑到实际情况,电阻取值范围为[0,1000],单位为欧姆,且寄生振子1和寄生振子3上的加载电阻相等。IWO算法的参数设置如下:初始化种子维数为2,初始化种群数位10,最大种群数位50,最大迭代次数为50次,初始散步方差为800,最终散步方差为0.1。经过IWO算法50次迭代后,加载电阻的优化结果分别为R1=113Ω,R2=400Ω。
在寄生振子的加载对矩形短波宽带直立相控阵天线方向图的影响研究中,加入最优加载寄生振子后,2×4矩形短波宽带直立相控阵天线工作频率为3MHz、10MHz、20MHz、30MHz时,主瓣偏转0°、30°、60°、90°的方向图。在加入最优加载寄生振子后对阵列方向图的形状并没有太大影响,基本与无寄生振子时的方向图一致。只是在某些工作方式下,阵列的方向图副瓣电平会有一定增加,同时最大方向上的增益也有一定的减小。
在寄生振子的加载对矩形短波宽带直立相控阵天线增益的影响研究中,给出了2×4矩形短波宽带直立相控阵中分别加入最优加载寄生振子、无加载寄生振子和无寄生振子时,主波束指向0°、30°、60°、90°时增益变化情况。加入最优加载寄生振子后,阵列的增益下降得到了明显改善,如当主瓣扫描至60°时,阵列在频率7MHz上的增益为8dB,但加入三根无加载寄生振子后,此时增益变为-0.5dB,下降了8.5dB。当对寄生振子的加载电阻进行最优化后,阵列在频率7MHz上的增益为7.8dB,同时在其它频点增益也没有出现明显的下降。说明通过对寄生振子的电阻加载进行优化后能够有效解决增益下降的问题。
在寄生振子的加载对矩形短波宽带直立相控阵天线驻波比的影响研究中,探究了2×4矩形短波宽带直立相控阵天线中加入最优加载寄生振子前后主波束偏转0°、30°、60°、90°时各个振子的驻波比变化情况。加入最优加载寄生振子后,阵列中各个阵元在不同工作方式下的驻波比同样得到了较大改善。
从上述研究中可以看出,对寄生振子的加载电阻进行优化后,2×4矩形短波宽带直立相控阵天线的最大驻波比下降到了3.87,增益下降最大值减小到了1.38dB,且驻波比大于3的频点数所占比例下降到了5.27%。通过以上分析说明,对寄生振子加载电阻优化后,2×4矩形短波宽带直立相控阵天线的各项性能都得到了较大提高,有效地降低了互耦对阵元的影响。
下面将结合附图4,对本发明实施例提供的基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置进行详细介绍。需要说明的是,附图4所示的基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置,用于执行本发明图1所示实施例的方法,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分,具体技术细节未揭示的,请参考本发明图1所示的实施例。
请参见图4,图4是本发明实施例提供的一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置。如图4所示,所述装置包括:
获取模块401,用于获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
调整模块402,用于基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
在一种可实施方式中,获取模块401包括:
判断单元,用于判断所述阵列结构是否能够拆分为多个子阵列;
第一阵列中心确认单元,用于若是,则将所述阵列结构拆分为至少两个子阵列,计算各所述子阵列的子阵列几何中心,将各所述子阵列几何中心确定为各所述子阵列的阵列中心;
第二阵列中心确认单元,用于若否,则将所述阵列结构的几何中心确定为所述阵列结构的阵列中心。
在一种可实施方式中,调整模块402包括:
第一天线长度获取单元,用于当所述短波相控阵天线为圆形短波相控阵天线时,获取所述短波相控阵天线的天线长度;
第一振子长度调整单元,用于调整无源寄生振子的振子长度,使所述振子长度与所述天线长度的长度差值处于第一差值范围;
第一计算单元,用于在所述第一差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子长度确定为所述无源寄生振子最终的振子长度。
在一种可实施方式中,调整模块402包括:
个数确定单元,用于当所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线时,确定所述无源寄生振子的个数;
长度优化单元,用于基于群智能优化算法对各所述无源寄生振子的各振子长度进行长度优化。
在一种可实施方式中,调整模块402包括:
天线单元半径获取单元,用于获取所述短波相控阵天线的天线单元半径;
第二调整单元,用于调整无源寄生单元的振子半径,使所述振子半径与所述天线单元半径的半径差值处于第二差值范围;
第二确定单元,用于在所述第二差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子半径确定为所述无源寄生振子最终的振子半径。
在一种可实施方式中,所述装置还包括:
加载模块,用于若所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线且所述无源寄生振子存在RLC加载,基于群智能优化算法对所述无源寄生振子的加载电参数数值进行优化。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件,其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array,FPGA)、集成电路(Integrated Circuit,IC)等。
本发明实施例的各处理单元和/或模块,可通过实现本发明实施例所述的功能的模拟电路而实现,也可以通过执行本发明实施例所述的功能的软件而实现。
参见图5,其示出了本发明实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图,该电子设备可以用于实施图1所示实施例中的方法。如图5所示,电子设备500可以包括:至少一个中央处理器501,至少一个网络接口504,用户接口503,存储器505,至少一个通信总线502。
其中,通信总线502用于实现这些组件之间的连接通信。
其中,用户接口503可以包括显示屏(Display)、摄像头(Camera),可选用户接口503还可以包括标准的有线接口、无线接口。
其中,网络接口504可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。
其中,中央处理器501可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器501利用各种接口和线路连接整个终端500内的各个部分,通过运行或执行存储在存储器505内的指令、程序、代码集或指令集,以及调用存储在存储器505内的数据,执行终端500的各种功能和处理数据。可选的,中央处理器501可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array,PLA)中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器501可集成中央中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、图像中央处理器(GraphicsProcessing Unit,GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中,CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等;GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制;调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是,上述调制解调器也可以不集成到中央处理器501中,单独通过一块芯片进行实现。
其中,存储器505可以包括随机存储器(Random Access Memory,RAM),也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的,该存储器505包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器505可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器505可包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等;存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器505可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器501的存储装置。如图5所示,作为一种计算机存储介质的存储器505中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。
在图5所示的电子设备500中,用户接口503主要用于为用户提供输入的接口,获取用户输入的数据;而处理器501可以用于调用存储器505中存储的基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制应用程序,并具体执行以下操作:
获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中,计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘,包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC),或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置,可通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储器中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括:U盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储器中,存储器可以包括:闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取器(Random AccessMemory,RAM)、磁盘或光盘等。
以上所述者,仅为本公开的示例性实施例,不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰,皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后,将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的范围和精神由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制方法,其特征在于,所述方法包括:
获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定所述阵列结构的阵列中心,包括:
判断所述阵列结构是否能够拆分为多个子阵列;
若是,则将所述阵列结构拆分为至少两个子阵列,计算各所述子阵列的子阵列几何中心,将各所述子阵列几何中心确定为各所述子阵列的阵列中心;
若否,则将所述阵列结构的几何中心确定为所述阵列结构的阵列中心。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为圆形短波相控阵天线时,获取所述短波相控阵天线的天线长度;
调整无源寄生振子的振子长度,使所述振子长度与所述天线长度的长度差值处于第一差值范围;
在所述第一差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子长度确定为所述无源寄生振子最终的振子长度。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
当所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线时,确定所述无源寄生振子的个数;
基于群智能优化算法对各所述无源寄生振子的各振子长度进行长度优化。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,包括:
获取所述短波相控阵天线的天线单元半径;
调整无源寄生单元的振子半径,使所述振子半径与所述天线单元半径的半径差值处于第二差值范围;
在所述第二差值范围内计算所述短波相控阵天线的驻波比,将所述驻波比峰值最小时对应的振子半径确定为所述无源寄生振子最终的振子半径。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数之后,还包括:
若所述短波相控阵天线为矩形短波相控阵天线且所述无源寄生振子存在RLC加载,基于群智能优化算法对所述无源寄生振子的加载电参数数值进行优化。
7.一种基于无源寄生阵元的短波相控阵天线互耦抑制装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,用于获取短波相控阵天线的阵列结构,确定所述阵列结构的阵列中心,所述阵列结构中天线单元的单元形式为宽带鞭状天线;
调整模块,用于基于所述阵列结构调整并确定无源寄生振子的结构参数,将所述无源寄生振子设置于所述阵列中心,用以使所述无源寄生振子在受到所述阵列结构中阵元的辐射时产生感应电流。
8.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113644437A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 深圳市道通智能汽车有限公司 | 一种微带天线及毫米波雷达 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0878946A (ja) * | 1994-09-01 | 1996-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | ヘリカルアンテナのアレー構造 |
JP2002325012A (ja) * | 1996-06-05 | 2002-11-08 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | アンテナ及び通信方法 |
US20050184924A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-08-25 | Larry Fossett | Systems and methods that utilize an active stub/parasitic whip antenna to facilitate mobile communication |
CN102280691A (zh) * | 2002-02-15 | 2011-12-14 | 松下电器产业株式会社 | 天线组件及包括该天线组件的便携式无线装置 |
CN102904015A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-01-30 | 武汉大学 | 一种短波小型圆形接收天线阵 |
KR20130125361A (ko) * | 2010-09-27 | 2013-11-18 | 더 세크러테리 오브 스테이트 포 비즈니스 이노베이션 & 스킬스 오브 허 마제스티즈 브리태닉 거번먼트 | 무선 통신용 스마트 안테나 |
US20170338555A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Parasitic element control method and apparatus for single radio frequency (rf) chain-based antenna array |
US20170346179A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | The Chinese University Of Hong Kong | Apparatus and methods for reducing mutual couplings in an antenna array |
-
2021
- 2021-04-22 CN CN202110437822.6A patent/CN113193359B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0878946A (ja) * | 1994-09-01 | 1996-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | ヘリカルアンテナのアレー構造 |
JP2002325012A (ja) * | 1996-06-05 | 2002-11-08 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | アンテナ及び通信方法 |
CN102280691A (zh) * | 2002-02-15 | 2011-12-14 | 松下电器产业株式会社 | 天线组件及包括该天线组件的便携式无线装置 |
US20050184924A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-08-25 | Larry Fossett | Systems and methods that utilize an active stub/parasitic whip antenna to facilitate mobile communication |
KR20130125361A (ko) * | 2010-09-27 | 2013-11-18 | 더 세크러테리 오브 스테이트 포 비즈니스 이노베이션 & 스킬스 오브 허 마제스티즈 브리태닉 거번먼트 | 무선 통신용 스마트 안테나 |
CN102904015A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-01-30 | 武汉大学 | 一种短波小型圆形接收天线阵 |
US20170338555A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Parasitic element control method and apparatus for single radio frequency (rf) chain-based antenna array |
US20170346179A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | The Chinese University Of Hong Kong | Apparatus and methods for reducing mutual couplings in an antenna array |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
BIN LI: "A novel DRM broadcast transmitting system based on circular array in medium wave" * |
张明;柳超;张志刚;: "鞭天线线性阵列方向图的数值计算" * |
李平,卜安涛,史小卫: "利用寄生振子降低振子阵中方向图的不圆度" * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113644437A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 深圳市道通智能汽车有限公司 | 一种微带天线及毫米波雷达 |
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