[发明专利]一种考虑互耦效应的变形阵列天线远场方向图补偿方法

说明书

本发明公开了一种考虑互耦效应的变形阵列天线远场方向图补偿方法，包括根据初始辐射单元激励信息以及理想阵元位置信息，计算理想阵列天线辐射方向图；根据阵列天线结构有限元模型确定变形后阵列天线辐射单元所在节点位移信息；根据阵元位置信息计算变形阵列天线的互耦矩阵；结合初始辐射单元激励以及理想阵元位置信息，根据阵列天线机电耦合分析模型计算变形阵列天线辐射方向图；根据获得补偿矩阵求得包括激励幅度与激励相位的变形阵列天线补偿激励值。本发明可精确分析变形阵列天线辐射特性，对于实际工作中的阵列天线电性能分析具有很强的工程意义。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种考虑互耦效应的变形阵列天线远场方向图补偿方法，可用于指导实际工作中的阵列天线电性能补偿。

背景技术

由于阵列天线具有诸多优点，例如可实现波束无惯性扫描，易于实现窄波束、波束赋形等，已被广泛用于通讯系统与雷达系统中。然而，通常情况下，实际工作中的阵列天线的辐射方向图与理想设计情况不一致。一方面，互耦效应会导致辐射单元激励值发生改变，另一方面，机械误差不可避免地也会影响其辐射特性。所以，现在针对阵列天线的补偿研究大致分为两类，一类是针对阵列天线互耦效应的补偿，另一类是针对机械误差导致辐射性能退化的补偿。

实际工作中的阵列天线会因机械误差导致辐射性能退化，使之与理想辐射性能产生偏差，不能满足工程设计指标。机械误差可分为系统误差与随机误差，前者是由于确定载荷作用下产生的，如重力变形、温度变形等，后者是由于随机因素产生的，如安装误差、制造误差等。本文仅研究阵列天线存在系统误差时电性能如何补偿，忽略随机因素产生的误差。为有效补偿变形阵列天线辐射性能，已有许多方法被提出。Guillaum针对动态载荷作用导致的阵列天线辐射性能退化提出了三种补偿方法，直接调相法，最小二乘法以及谱分析法。直接调相法简单易懂但是对副瓣补偿较差，最小二乘法计算耗时且缺乏鲁棒性，谱分析法适用于小变形情况，稳健性较好。Toru以星载相控阵天线为研究对象，提出了一种基于测量相位通过优化方法获得最佳补偿相位分布的方法，在低信噪比条件下能显著提高辐射性能补偿效果。但是上述方法基本未考虑互耦效应，然而互耦效应是天线在实际工作过程中不可忽视的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有阵列天线电性能补偿未考虑变形阵元之间互耦效应的问题，提供了一种考虑互耦效应的变形阵列天线分析方法，该方法考虑了阵元间的互耦效应，采用微波网络理论研究变形阵列天线互耦效应，以感应电动势法计算互阻抗，并且基于阵列天线机电耦合模型分析变形阵列天线辐射方向图，结合最优逼近理论获得变形阵列天线待补偿的激励值，对实际工作中的阵列天线电性能补偿具有重要的工程意义。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种考虑互耦效应的变形阵列天线远场方向图补偿方法，包括如下步骤：

(1)根据初始辐射单元激励信息以及理想阵元位置信息，计算理想辐射方向图；

(2)根据阵列天线的结构有限元模型，确定其变形后阵列天线辐射单元所在节点的位移信息；

(3)采用微波网络理论研究变形阵列天线互耦效应，根据阵元位置信息计算变形阵列天线的互耦矩阵；

(4)结合初始辐射单元激励以及理想阵元位置信息，根据阵列天线机电耦合分析模型计算变形阵列天线辐射方向图；

(5)根据最优逼近理论获得补偿矩阵，从而求得包括激励幅度与激励相位的变形阵列天线补偿激励值。

所述步骤(1)中，理想阵列天线辐射方向图为：

E₀(θ,φ)＝M^TI₀

所述步骤(2)中，根据阵列天线的结构有限元模型，确定其变形后阵列天线辐射单元所在节点的位移信息。按照如下步骤进行：