[发明专利]一种基于截断效应补偿的有限阵有源反射系数计算方法

说明书

本发明属于微波天线技术，涉及对有限阵有源反射系数计算方法的改进。其特征在于:计算的步骤如下：确定初始参考阵列圈数；计算圈数为N的初始参考阵列的互耦系数；推算圈数为N+1阵列的互耦系数；计算圈数为N+1阵列的有源反射系数；计算所需规模阵列有源反射系数。本发明提出了一种基于截断效应补偿的有限阵列有源反射系数快速计算方法，有效地提高了大规模有限阵列有源反射系数计算效率与计算精度。

技术领域

本发明属于微波天线技术，涉及对有限阵有源反射系数计算方法的改进。

背景技术

有限阵列特性的研究一直受到广泛的关注，特别是近年来，随着相控阵天线在工程中的推广应用及对其电磁性能要求的不断提高，建立准确高效的有限阵阵列分析方法，提高互耦效应与边缘效应分析计算的精度与效率问题成为有限阵列分析和设计中的突出问题。相控阵单元间的互耦效应与边缘效应通常可以用有源反射系数进行表征，它通过影响阵面的电磁流分布来改变阵列的辐射特性，甚至导致阵列出现扫描盲点现象，所以设计相控阵天线时必须充分考虑单元互耦以及边缘效应的综合影响。如何解决有限阵列单元互耦与边缘效应的综合计算问题，如何兼顾阵列结构的分析精度与计算效率间的矛盾，是目前有限阵特性研究中的突出问题，研究有限阵特性分析与设计方法具有很高的理论价值和重要的现实意义。

有关阵列有源反射系数的计算参考文献[1]，[1]Gomez-Tagle,J,Christodoulou,C.G,“Broadband characterization of the active reflection coefficientoffinite-sized phased array microstrip antennas,”Phased Array Systems andTechnology,IEEE,pp.255-258,2000.最常用的就是如矩量法、有限元、时域有限差分等精确数值分析方法，不受阵列周期性和单元排布的限制，缺点是完全依赖数值计算，计算效率比较低，特别是针对电大尺寸的阵列规模。另外很多人提出基于考虑互耦效应的无限阵方法分析有限大阵列特性，该方法模型简单易于计算，可以快速有效地设计大规模阵列的中心单元和近似其电磁性能，缺点是不考虑实际设计中涉及的边缘效应影响。在此基础上，考虑有限阵的边缘效应，对无限阵方法进行修正或对有限阵方法进行改进，然而有限大阵列电磁性能计算过程复杂，计算量大，分析效率还是不高,参考文献[2]。[2]Rob Maaskant,Raj Mittra,“Fast analysis of large antenna arrays using the characteristicbasis function method and the adaptive cross approximation algorithm,”Antennas and Propagation,IEEE Transactions on,vol.56,no.11,pp.3440–3451,Nov.2008.

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于截断效应补偿的有限阵列有源反射系数快速计算方法，以便有效地提高大规模有限阵列有源反射系数计算效率与计算精度。

本发明的技术方案是：一种基于截断效应补偿的有限阵有源反射系数计算方法，其特征在于:计算的步骤如下：

1、确定初始参考阵列圈数:通过分析不同规模大小的有限大阵列天线的截断效应，确定初始参考阵列规模大小圈数为N；

2、计算圈数为N的初始参考阵列的互耦系数；

采用全波算法计算初始参考阵列中中心单元与各单元的互耦系数S1i，其中1表示初始参考阵列中心单元，i表示初始参考阵列中的任意单元，i＝1,2…M_N；

其中M_N表示图6渐变开槽单元组成的有限大阵列示意图中所示的阵列圈数为N时的单元个数，M_N与圈数N的关系为：