[发明专利]载车平台异形曲面共形阵天线设计方法

说明书

本发明公开的一种载车平台异形曲面共形阵天线设计方法，旨在提供一种可显著降低阵列高度，能够实现车载平台下全空域测控通信的天线设计方法。本发明通过下述技术方案实现：根据抛物球柱面异形曲面阵列流型，建立xyz三维直角坐标系，将异形曲面共形阵列流型分为抛物面部分、部分球面部分和柱面部分，抛物面下部采用圆弧过渡连接柱面，得到抛物球柱面构成的异形曲面阵列流型；在异形曲面阵列流型的基础上，按照天线子阵内天线单元半波长均匀排布的规则构建天线子阵，建立基于曲面子阵级的异形曲面天线阵列；然后以曲面子阵作为基本单元，将天线子阵排布到异形曲面共形阵上，按照等面积区域中心排布规则，得到基于曲面子阵级的异形曲面天线阵列。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种应用于空间受限的车载平台的全空域异形曲面共形阵列天线布阵方法。

背景技术

随着我国航空航天事业的发展，在空间、临近空间、空中的飞行器数目越来越多，全空域多目标测控成为航天测控领域的一个突出问题。不论是采用基于地基的多目标测控系统，还是天基测控网系统，高效的天线系统都是保证对多目标实施有效测控管理的关键子系统。典型的地面站需要一个或者多个高性能的天线系统，能够在全空域范围内对测控目标保持持续的跟踪、测量与控制。平面相控阵通过对阵列天线中的不同天线单元激励不同幅度与相位的高频电流，可以实现电磁波最大辐射方向的空间扫描，但由于平面相控阵因无法实现全空域的波束覆盖，不能满足全空域测控通信功能的需求，因此满足全空域波束覆盖的相控阵天线应运而生。目前满足全空域覆盖的阵列天线主要有种结构形态:多面阵、曲面或共形阵以及透镜阵天线。多面阵天线都能够使波束最大增益方向指向期望目标，且在干扰方向形成零陷；只是由于遮挡效应的影响，使波束入射角变化下遮挡效应对天线方向图造成恶化。多面阵天线波束形成受遮挡效应影响不可忽视，准确判断遮挡效应，才能在多面阵天线的研制与优化中更能接近实际应用。透镜阵天线可以通过透镜来实现波束的扫描，可以大大简化系统结构，但是透镜阵的设计异常复杂，且由于介质的使用会带来较大的损耗，阵列性能损失较大。球面阵在全空域内具有均匀波束增益以及低极化和低失配损失，而且在工程实现上越来越成熟。球柱面相控阵天线最显著的一个优点是通过激活球柱面阵不同的区域可以实现全空域的波束覆盖。然而球面共形阵列受球面曲率影响，通常不再具有线阵和平面阵那样规则的形式，阵元之间的相对几何位置可能不再是均匀间隔的，甚至不能用一个统一的数学表达式来描述，这就为阵列天线的波束形成和波束控制(扫描)带来困难。如何在一个非规则的表面进行阵列单元的分布和排列，以及如何对共形阵进行波束形成，并且还实现对干扰的自适应干扰置零和波束赋形等功能，这些方面都远远比现有常用的平面阵的情况复杂得多。另外，当要求天线阵列具有很高的角度分辨率时，由于阵列的方向图主瓣宽度近似与其物理尺寸成正比，就必须加大阵列孔径，这必然对安装平台的安装空间提出了更高的要求。

近年来，地基测控天线的性能和形式有了新的突破和发展，但在车载平台下实现全空域覆盖、快速精确跟踪等方面尚显不足。在载车平台中，受运输条件限制(其中铁路运输条件最为苛刻，限高4.8m，限宽3.4m)，除去载车自身高度，载车有效利用空间是有限的(不超过2.2m)。如何设计一种共形阵列，在实现全空域波束覆盖的同时，满足载车运输要求已成为当前车载式全空域测控通信系统的一种迫切需求。目前地面站式全空域测控通信系统多采用球柱面、椭球面和截球面三种形式的共形阵。球柱面形式的共形阵性能优越，增益在各方向的波动最小，但是其高度较高，容易超出运输高度限制。截球面式共形阵高度最低，但是性能较差，天顶方向的增益下降较快。椭球面式共形阵在性能和高度上有一种均衡，但是仍然不满足设计要求。因此，目前还没有一种完善而成熟的共形阵能满足车载平台下的工程实现需求。在实现共形阵全空域扫描性能的同时，对其紧凑型阵列架构的研究还处于初步阶段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处，提供一种紧凑型，在保证性能的同时可显著降低阵列的高度，使其能应用于空间受限的车载平台，能够实现车载平台下全空域测控通信的载车平台异形曲面共形阵天线设计方法。