[发明专利]一种网络幅相可分解的赋形阵列天线设计方法

说明书

本发明公开了一种网络幅相可分解的赋形阵列天线设计方法，属于微波阵列天线技术领域。本发明方法首先通过优化算法计算理想阵列的幅相分布，选择合适的天线单元，并采用软件计算考虑天线互耦条件下阵列的幅相分布，其次进行天线子阵划分，一方面对天线单元进行优化选择和设计，并计算出其关心的电气指标；另一方面确定每个子阵内馈电网络的幅度和相位分布，找出其中最大幅度值，对整个馈电网络进行多级分解。本发明方法既考虑了天线单元的互耦特性和相位差异，又简化了网络的设计难度，相对于现有技术具有明显的技术先进性。

技术领域

本发明涉及微波阵列天线技术领域，特别是指一种网络幅相可分解的赋形阵列天线设计方法，适用于各类波束赋形的阵列天线中，特别适用于端口数目较多的赋形波束阵列天线或各端口幅相不一致的功分网络设计中。

背景技术

目前，在阵列天线中使用的波束赋形馈电网络主要有以下几种设计方法：

1、对阵列天线中各端口的幅度和相位数据进行分析后，进行统一设计，即不分层级。这样设计的馈电网络的幅度和相位分布比较直观，但是这种设计方法较为复杂，特别是天线阵列单元的数目较多时，需要协同考虑各个端口的幅度和相位的相对差值，统筹分配到各个端口上的幅度和相位有可能会差别比较大，对于后期的工程实现存在设计复杂，甚至难以实现的风险。

2、利用优化算法对所要求的赋形波束进行反演，得出各个端口的幅度和相位数据，然后对各个端口进行分组，每一组先进行设计，然后再对各组的数据进行拼接和比较。这样得到的结果虽然能够满足设计要求，但这种方法的工作量相对较大，并且要计算各个组的数据相对值，因此为具体实物加工和测试带来很大的工作量。

3、利用测试的方法进行功分网络进行设计，即首先设计出赋形波束网络的初样，根据具体需要的幅度和相位值，进行各个端口的调试和测试，然后在与天线单元进行连接，而后通过测试得到设计的赋形阵列天线。这样的设计思路可以较为全面和准确的得到最终的结果，但其过程复杂，工作量大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种网络幅相可分解的赋形阵列天线设计方法。该方法充分考虑了系统设计的简洁性，既对天线单元本身的幅相一致性进行了取样，又对馈电网络进行分解，简化了设计难度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种网络幅相可分解的赋形阵列天线设计方法，用于对单元数目为M的阵列进行波束赋形设计，M≥8；该方法包括以下步骤：

步骤1：根据要赋形的方向图范围，计算天线单元间距d，d≤λ/(1+sinθ)，λ为空气中的波长，θ为赋形范围；采用优化算法计算出理想阵列的幅度和相位分布，其中，幅度分布为A₀₁,A₀₂,…A_0M，各幅度值为以最大幅度值进行归一化所得的对数值，单位为dB，相位分布为P₀₁,P₀₂,…P_0M，各相位值的单位为度；

步骤2：选择天线单元，优化天线单元的技术指标，并对组阵后的阵列进行电磁仿真，优化后得到天线单元之间的耦合系数以及每一个天线单元的阵中方向图，所述阵中方向图包含幅度和相位信息；

步骤3：将步骤2中得到的耦合系数和阵中方向图带入到步骤1的优化算法中，得到考虑互耦条件下的阵列中每一个天线单元的幅度和相位分布，其中，幅度分布为A_i1,A_i2,…A_iM，相位分布为P_i1,P_i2,…P_iM，i为子阵序号，1≤i≤N；