[发明专利]一种基于互补结构的天线阵列设计的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种基于互补结构的天线阵列设计的预处理方法。

背景技术

现代雷达面临的生存环境日益恶劣，在设计过程中越来越多的要考虑雷达探测隐身目标、被发现、被干扰、被摧毁等诸多问题。为了提高雷达的抗干扰、抗隐身等能力，常常采用多波段雷达。多波段雷达可以以多频率、多极化方式工作，可获取海量目标信息，且具有更强的抗干扰能力。

共孔径阵列是一种整合多频段天线于单一孔径的阵列形式。该技术一方面可以使得多频段多极化雷达系统的总体积和重量大为减小，适用于装配在对雷达功能要求多，尺寸和体积受限制的载体平台上；另一方面使其后的许多分系统得到共享，以提高雷达的有效载荷和集成水平，增大实现雷达多功能的灵活性。

区别于传统机械扫描雷达，共孔技术应用于相控阵时，还需考虑与天线相连的后端TR组件的互换性、TR组件尺寸限制等问题，因此需要一种新的设计方法满足这些需求。

稀疏阵列来源于均匀阵列，是将一定数目的天线单元从均匀间隔阵列中抽去后形成的阵列，其阵元间距是原均匀阵列阵元间距的整数倍。利用该技术可以减少阵列中的阵元数量，同时对阵列使用不造成太大影响。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于互补结构的天线阵列设计的预处理方法，其中频率较低的天线阵列为均匀满阵，频率较高的天线阵列为符合互补结构约束的稀疏阵。

一种基于互补结构的天线阵列设计的预处理方法，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：根据工作频率高的天线所处频段A、工作频率高的天线半波束扫描范围θ_H，工作频率低的天线所处频段B、工作频率低的天线波束扫描范围θ_L，确定工作频率高的天线工作的中心频率f_0H、工作频率低的天线工作的中心频率f_0L、工作频率高的天线最小阵元间距d_H，工作频率低的天线最小阵元间距d_L；

步骤(2)：根据步骤(1)确定的工作频率低的天线最小阵元间距d_L、雷达口面约束以及阵面布置方式，确定工作频率较低的天线阵列的排布方式；

步骤(3)：根据步骤(2)确定的工作频率较低的天线阵列的排布方式，以及工作频率高的天线最小阵元间距d_H和工作频率低的天线最小阵元间距d_L，结合期望采用的TR组件规格形式、工作频率高的天线3dB波束宽度θ_H3dB，确定相控阵雷达阵面内双频天线阵列的混布区域；

步骤(4)：获取频率高的天线阵列互补结构的尺寸规格及种类的数量；

步骤(5)：将步骤(1)～(4)的结果作为基于互补结构的天线阵列设计的输入数据保存到数据库中。

进一步的，所述步骤(1)具体包括：

对于共孔径阵面内两套天线阵列中工作频率高的天线阵来说，首先阵列工作的中心频率应落在相应频段内，即

f_0H∈A。

进一步的，所述步骤(1)具体还包括：

其次，工作频率高的天线阵无栅瓣最小阵元间距d₁可由如下公式获得：

式中，c为光速常数，θ_H为偏离阵列法向的最大扫描角。

进一步的，所述步骤(1)具体包括：

一般情况下，所述工作频率高的天线最小阵元间距d_H小于等于d₁。

进一步的，所述步骤(2)具体包括：

以工作频率低的天线最小阵元间距d_L为栅格边长构成矩形栅格，栅格中的交点代表可能的阵元摆放位置P_L；则阵列可布阵元位置P'_L可由下式获得：

P'_L＝P_L∩S

式中S表示去除结合紧固件工装需占用空间后雷达口面区域。

进一步的，所述步骤(2)具体包括：

天线阵列行、列单元数均为偶数。

进一步的，所述步骤(3)具体包括：

混布区域的一维最小尺寸M可由下式获得：

其中，k为一维最小尺寸常数，λ为工作波长，θ_3dB为期望的3dB波束宽度；通过上式可分别计算工作频率高阵列即混布区域的长、宽尺寸。

进一步的，所述步骤(5)具体包括：