[发明专利]一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法，属于无人机技术领域。

背景技术

相控阵天线具有较多优点：系统功率效率高、可以获得天线赋形、电扫描可快速跟踪、隐身性能好等多种技术优势。如果天线单元分布在机体的表面，与机体的轮廓重合则形成共形相控阵天线。共形相控阵天线具有比平面相控阵更多的优点：安装体积小、不影响飞行器的气动性能、扫描范围更大等。

在无人机机头前段安装圆台结构的共形相控阵可以大大提高无人机的探测能力和隐身性能。由于天线为共形结构，所有天线单元不在一个平面内，无法分离阵元和阵因子、同时各个单元的极化方向不同，将导致严重的交叉极化分量。通常的平面阵天线增益方向图合成方法不能适用于共形天线阵。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法。

一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法，包括以下几个步骤：

步骤一：建立无人机共形相控阵天线阵和天线单元的坐标系；

步骤二：获取无人机共形相控阵天线单元分布；

步骤三：获取无人机共形相控阵天线单元场方向图数据；

步骤四：对共形相控阵天线阵总场进行合成；

步骤五：获取共形相控阵天线增益方向图。

本发明的优点在于：

(1)本发明利用单个单元的方向图来合成总的方向图，计算速度快，并可以计算单元数量较多的共形相控阵；而传统的采用电磁场数值计算办法，计算速度慢，而且通常计算的单元个数比较少；

(2)本发明利用场矢量合成的办法，不再分离出阵元和阵因子，可以计算任意共形结构的相控阵；而传统的阵元和阵因子的方法只能计算平面相控阵。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的共形相控阵天线示意图；

图3是本发明的单元的位置等角度均匀分布示意图；

图4是本发明的单元的位置部分等角度分布示意图；

图5是本发明的单元的位置部分等间距分布示意图；

图中：

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：建立无人机共形相控阵天线阵和天线单元的坐标系；

无人机的共形相控阵天线采用圆台共形相控阵天线，如图2所示，以圆台下底中心o点为原点，在下底面内，垂直向外为x轴，垂直向上为z轴，右手旋构成全局坐标系oxyz；上底半径为r，下底半径为R，高度为h，倾角圆台的方程为

P点为圆台上某一天线单元所在的点，以P点为原点，沿着母线方向从底端向顶端建立z′轴，垂直圆台方向为x′轴，与圆台相切构成y′轴，构成局部坐标系Px′y′z′坐标系，为Pz′轴在下底面的投影与x轴所成的夹角；

步骤二：获取无人机共形相控阵天线单元分布；

单元的位置分布有三种形式，第一种，等角度均匀分布，天线单元分布在整个圆周上，沿着圆周方向360°角度范围内等圆心角均匀分布，沿着母线上等间距分布，如图3所示；第二种，部分等角度分布，天线单元分布在部分圆周上，沿着圆周方向天线单元之间的圆心角相同，沿着母线上等间距分布，如图4所示；第三种，部分等间距分布，天线单元分布在部分圆周上，沿着圆周方向天线单元之间的弧长相等，沿着母线上等间距分布，如图5所示。

步骤三：获取无人机共形相控阵天线单元场方向图数据；

将无人机共形相控阵天线的一个单元的全空间场方向图作为单元场方向图数据，表示为其中m表示圆周上天线单元的序号，n表示母线上天线单元的序号，表示第(m，n)天线单元所在的局部坐标系下的方位角，θ_mn′表示第(m，n)天线单元所在局部坐标系下的俯仰角，为第(m，n)天线单元在局部坐标系下的单元场方向图。利用商业电磁场仿真软件获取无人机共形相控阵天线的独立的一个天线单元的全空间场方向图，单元场方向图数据包括：方位角俯仰角θ，场方向图的实部和虚部，其中θ∈[0°，180°]，角度间距小于1°；由于单元场方向图是一个矢量，通常场方向图包含x、y、z三个方向的场方向图，或者和θ方向的场方向图。

步骤四：对共形相控阵天线阵总场进行合成；

利用场矢量合成法获取相控阵天线的总场：