[发明专利]一种激励幅度动态范围可控的阵列天线赋形波束综合方法

说明书

一种激励幅度动态范围可控的阵列天线赋形波束综合方法，涉及阵列天线。将激励幅度动态范围可控的阵列天线赋形功率方向图综合问题表述为数学模型；引入辅助变量ξ，将阵列激励幅度动态范围比的约束进行等式变换，等效为对每一个阵元激励平方形式的约束；将赋形波束主瓣和旁瓣的功率约束条件分别转化为矩阵的迹的形式Tr(·)，同时将阵元激励的DRR约束也表达为矩阵迹的约束形式；由于该综合问题是一个典型的非线性非凸问题，将某些非凸约束进行松弛，同时通过一些其他的手段进行松弛度的控制，从而将非凸问题转化为凸问题，进而可以利用特征值分解法进行求解，最终得到满足要求的激励幅度分布。

技术领域

本发明涉及阵列天线，尤其涉及一种激励幅度动态范围可控的阵列天线赋形波束综合方法。

背景技术

阵列天线的赋形波束方向图在雷达、通信等领域的应用越来越广泛。近年来，关于阵列天线波束赋形的综合问题已存在许多研究。但是，由于赋形波束综合相比聚焦波束更加复杂，目前大部分的研究是对激励幅度和相位同时进行优化，并且没有对激励幅度动态范围进行控制，从而取得期望的赋形方向图[1-2]。相比唯相位优化，对激励的幅度和相位同时进行优化会有更多的自由度，也更容易达到所期望的方向图。但是，幅相同时优化通常会产生一个很大的激励幅度动态范围比(dynamic range ratio/DRR)，这对于阵列馈电系统就会有更高的要求。在实际应用中，如果能够控制激励幅度的波动范围，便可以简化馈电网络设计的复杂性，并且还能够减少传输功率损耗、降低方向图对激励实现误差的敏感度[3]。因此，研究激励幅度动态范围可控的阵列综合十分有意义。目前在阵列综合中有考虑到DRR影响的更多是聚焦波束综合[4]，而将赋形波束综合与DRR的控制相结合的研究却很少。

中国专利201010575528.3公开了一种赋形可变波束阵列天线的波束赋形方法[5]，该方法将传统阵列天线的赋形功能和波束扫描功能结合，利用子阵划分的方式，实现固定赋形波束兼可动波束。

中国专利201510361848.1公开了一种阵列天线波束赋形方法[6]，该方法在基于粒子群算法的基础上，实现激励幅度不变时仅通过相位的改变来实现远场赋形波束变化。

中国专利201510659397.X公开了一种阵列天线、阵列天线方向图的赋形装置及赋形方法[7]，该专利在考虑互耦的基础上利用改进的遗传算法进行了波束赋形。

上述前两篇专利涉及的赋形波束综合方法，都没有考虑阵元间互耦效应的影响，第三篇虽然考虑了互耦效应，但只讨论了线性阵列；另一方面，上述专利都没有对激励幅度动态范围进行控制。

参考文献：

[1]Fuchs,B.,Application of convex relaxation to array synthesisproblems[J].IEEE Trans.Antennas Propag.,2014,62(2):634-640。

[2]Y.Liu,Z.-P.Nie,and Q.H.Liu,A new method for the synthesis of non-uniform linear arrays[J]with shaped power patterns,inProc.Prog.Electromagn.Res.,2010,349–363。

[3]Comisso,M.and R.Vescovo,3D Power synthesis with reduction of near-feld and dynamic range ratio for conformal antenna arrays,IEEE Trans.AntennasPropag[J].,2011,59(4):1164-1174。