[发明专利]一种X波段由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵

说明书

技术领域

本发明属于天线布阵工程技术领域，具体来说是一种大间距有限扫描相控阵天线。 

背景技术

早在上世纪七十年代，许多专家学者就开始研究大间距阵列的栅瓣抑制，当时主要是用于设计卫星地面站有限扫描相控阵天线。随着大型二维固态有源相控阵雷达的研制，发现移相器和T/R组件的成本几乎占了整个雷达的70％一80％，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。增大单元间距是减少单元数目降低成本的有效方法。众所周知，按常规方法设计的大间距周期性排列的阵列，是必定会出现栅瓣的。针对这个问题，许多专家学者及工程技术人员进行了大量的研究工作，研制过多种大间距相控阵天线，例如有子阵级周期结构八角阵和子阵级非周期结构八角阵、环栅阵、非周期结构矩形阵等等，采用多种方法来抑制栅瓣，并且在大间距阵列栅瓣的抑制方面卓有成果。 

根据相控阵天线的理论可知，当单元天线间距大于等于一个波长时，即使不扫描，阵列方向图也会出现栅瓣。但是可以通过一定的方法或措施来抑制大间距阵列的栅瓣。栅瓣抑制的方法大致有两种，一种是对子阵级或者单元级进行非周期结构布阵方式优化设计，将栅瓣能量分散；一种是利用单元方向图来压低阵列栅瓣；另外还可以在阵面背后加反射板来压低远栅瓣。非周期结构布阵方式可分为两类：单元级非周期排布和子阵级非周期排布。子阵非周期结构抑制栅瓣的基本原理是：使各个子阵的栅瓣在方向余弦空间中的位置不同，从而使各个子阵的栅瓣不能叠加，而各个子阵的主波束由于其指向在方向余弦空间中的位置相同而出现同相叠加，所以整个天线阵主波束的电平高度要远高于分散后的栅瓣高度。单元级非周期结构排列平面阵不仅不会出现栅瓣，而且其栅瓣电平可以做得很低，但是这种阵列会增大阵面的制造和加工难度，并使阵面的其他部分(例如波控和馈电方式的实现)变得十分复杂。因此，有人想到了采用子阵列非周期结构排列形式来抑制栅瓣，例如环栅阵。 

发明内容

本专利研究的是一种X波段由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵，并给出阵列单元的具体结构排布形式。整个阵面分为三层，最里面一层为90°插箱，每个插箱为两个梯形叠加，且每个插箱有41个单元；中间层为30°插箱，每个梯形插箱有45个单元；最外层为15°插箱，每个梯形插箱有40个单元。三层插箱之间最小间距为67.2mm，在环栅阵的最大半径为1.2m的情况下，调整单元间距不小于40mm。梯形环栅阵是在弧形环栅阵的基础上改进而成，经过和改进之前的弧形环栅阵相比较可知，均匀激励时，由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵的栅瓣更低，栅瓣出现的位置离主瓣更远(较弧形环栅阵的栅瓣位置远约10度)，而且寄生栅瓣(除栅瓣以外的次栅瓣)也很低。为了进一步抑制栅瓣，可采用高效阵列单元作为基本辐射单元。 

附图说明：

图1为本发明-由梯形子阵组成的大间距新型    环栅阵的结构图 

图2为90°插箱子阵示意图 

图3为30°插箱子阵示意图 

图4为15°插箱子阵示意图 

图5为X波段均匀激励时的由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵辐射方向图 

图6为X波段均匀激励时的由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵方位面局部方向图和扫描10°时的方向图 

图7为X波段圆口径泰勒激励时的由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵辐射方向图 

图8为X波段圆口径泰勒激励时的由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵的方位面局部方向图和扫描扫描10°的方向图 

具体实施方式

图1描述了本发明的具体实施方案。本发明工作在X波段内(带宽为8.5GHz-9.5GHz)，由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵的建模是在AutoCAD软件中进行的，具体建立模型的方法为：(1)、先用三种插箱子阵排满第一象限，其他象限采用镜像对称排布即可。(2)、模型建好后，从最内层开始以逆时针方向读取每类插箱内环单元的坐标位置。(3)、根据第(2)步，用Matlab编程计算第一象限三层插箱各子阵中所有单元的位置坐标。(4)、由第一象限所有单元的位置坐标根据对称性计算得到其他三个象限中所有单元的位置坐标。 

本阵列是在由扇形子阵组成的弧形环栅阵基础上改进而成，取环栅阵的半径为1.2米，调整单元间距不小于40mm。整个梯形环栅阵分为三层，共计40个插箱子阵，且环向插箱子阵间距为50mm。为了更好的对这种由梯形子阵组成的大间距新型环栅阵进行更好的说明，在各个插箱里用虚拟的实线把环向单元连成线，且每条线相对应的垂直平分线重合，此外线上相邻单元间距为45mm。下面对布阵形式作具体的分析介绍：