[发明专利]一种阵列天线辐射场和散射场综合低副瓣快速实现方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及阵列天线辐射场和散射场低副瓣的同时实现方法。

背景技术

隐身技术在现代战争中占有十分重要的地位，得到了越来越多的国家的重视和发展。随着外形隐身技术的发展和新型材料的应用，目标自身的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)已经非常小，因而天线已经成为其所搭载的平台RCS的主要贡献者。阵列天线能够形成不同于一般单独天线的辐射特性，尤其是可以形成指向某部分空间的比单独天线强得多的辐射，并且因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力强等优势，已经广泛应用于各种雷达系统中，并成为当今雷达发展的主流，特别是在先进的机载综合电子信息系统中得到了很好地应用。日益严峻的军事斗争下，研制具有高增益、高隐身性能的阵列天线就凸显的尤为重要。

阵列天线的散射场包括天线模式项散射场和结构模式项散射场，两者都在以阵列平面作为反射面，以来波方向作为入射方向的镜面反射方向出现散射峰值。为了避免镜面散射峰值对准探测雷达造成的被探测威胁，倾斜安装方式已经成为隐身阵列天线的主流安装方式。此安装方式避免了镜面散射峰值造成的被探测威胁。同时，使得阵列天线结构模式项和天线模式项散射场的主瓣偏离来波方向，从而达到隐身的目的，而其辐射性能可通过控制每个单元的馈电幅度和相位得以保证。即可在保证辐射性能的情况下，避免了镜面反射峰值对准探测雷达造成阵列天线被探测威胁。然而，倾斜安装虽然避免了镜面反射峰值对准探测雷达而造成的被探测威胁，但是，此时阵列中，散射场的副瓣和散射峰值成为倾斜放置的阵列天线RCS的主要贡献者，成为阵列天线被探测到的主要威胁。同时，低副瓣天线具有良好的对抗电子干扰的能力，阵列天线的副瓣性能是阵列雷达系统的一个重要指标，它在很大程度上决定了雷达的抗干扰与抗杂波能力，低或超低副瓣阵列天线是现代雷达的普遍要求，是急需解决的关键技术之一。

因此，无论从雷达探测性能的角度，还是从隐身效应的角度来考虑，都应当采用适当的方法对阵列天线辐射场和散射场的副瓣进行控制。

目前国内外学者对辐射场低副瓣性能的研究比较深入，然而散射场的低副瓣性能研究较少。国内外对于辐射场低副瓣实现一般采用幅度加权、相位加权和密度加权方法。其中，幅度加权使得相控阵天线的每个单元都要连接不同权值的衰减器，额外增加了系统的成本和馈电的复杂度。并且，阵列天线的散射问题无法采用幅度加权方法降低副瓣电平；相位加权方法实现低副瓣的效果有限，因为仅靠相位加权很难获得更好的低副瓣性能指标，而且，相位加权也不能用于实现阵列天线散射场的低副瓣；密度加权中的等幅不等间距阵列所得到的不规则天线单元间距给阵面结构设计、散热设计，以及工艺加工等工程实施带来了很大的困难，密度加权中的稀疏阵低副瓣实现方法不仅可以用于同时实现辐射场和散射场的低副瓣，而且与具有相同口径的满阵相比，几乎具有相同的主瓣宽度，而相对于单元数目相同的阵列则稀疏阵具有更窄的主瓣和更高的分辨率，同时造价比满阵的低，这种方法已被一些大型高性能相控阵天线所采用。因此，提供一种天线单元的稀疏排布方案，来同时快速形成稀疏阵天线辐射场和散射场综合性能的低副瓣成为本领域目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对隐身阵列天线倾斜安装时散射场的副瓣成为其被探测的主要威胁，同时辐射场低副瓣决定了阵列天线抗干扰和抗杂波能力，现有研究仅存在阵列天线辐射场低副瓣的实现方法，而对阵列天线散射场低副瓣性能难以实现的不足。为此，本发明在分析了阵列天线辐射场低副瓣实现方法的优缺点，以及这些方法在散射场低副瓣实现中的限制，提出了基于天线单元稀疏排布的阵列天线辐射场和散射场综合低副瓣快速实现方法。此方法通过改变阵列天线单元的排布形式，可以同时实现阵列天线辐射场和散射场的低副瓣性能。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种阵列天线辐射场和散射场综合低副瓣快速实现方法，包括如下过程：

(1)根据平面等间距矩形栅格阵列天线的结构形式，确定阵列天线结构参数、电磁工作参数，以及阵面布局参数；

(2)根据阵列天线结构参数和阵面布局参数，给出阵列天线初始的稀疏排布方案，得到阵列天线单元稀疏排布矩阵；

(3)根据阵列天线的结构参数和电磁工作参数，利用阵列天线单元排布参数，计算阵列天线的辐射场和散射场口面相位差；

(4)结合阵列天线辐射场口面相位差，以及阵列天线单元稀疏排布矩阵，计算阵列天线的辐射方向图函数，并根据阵列天线辐射方向图函数计算此稀疏排布方案下阵列天线辐射场的最大副瓣电平；