[发明专利]一种综合多波束-频率不变的共形阵列的方法

说明书

一种综合多波束‑频率不变的共形阵列的方法，涉及人工电磁器件。通过利用EGMPM算法整合三种波束得到一个具有频率不变性的线性天线阵列系统，从而获得线性天线阵列系统在虚拟空间中的点源激励和点源间距；通过拉普拉斯方程和边界条件的设置，得到虚拟空间到物理空间的映射关系，用一个雅克比矩阵J表示，将每个点源位置利用该共形变换映射到实际的共形透镜上，并保持点源幅值不变；通过虚拟空间和物理空间之间映射的雅克比矩阵设置共形透镜的相对介电常数；根据天线反射理论，在天线阵列的底部阵元放置处的底端设置一层泡沫层，调整该区域的相对介电常数，实现一个多波束‑频率不变的共形阵列。节省成本，增加天线阵列灵活性和适用性。

技术领域

本发明涉及人工电磁器件，尤其是涉及一种综合多波束-频率不变的共形阵列的方法。

背景技术

在许多设备中，天线阵的每个点源的权重有都着严苛的限制，因此衍生出许多天线优化技术改变天线阵的布局来获得预想的波束图。在这其中，由矩阵束方法演进出的扩展广义矩阵束方法(extended generalized matrix pencil method,EGMPM)是一种可以综合多波束，并在一定的频率范围内保持波束不变的线性阵列的方法。但是，大多数的天线优化技术是在线性阵或者平面阵中实施，没能应用于共形阵列中。变换光学作为操控电磁波的一种有效手段，已经被广泛应用于设计各种新型的电磁和光学器件。基于它的帮助，就可以把天线优化后的阵列布局成共形阵。在现代无线通信系统中，共形阵天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形，且并不破坏载体的外形结构及空气动力学，而且能够扩展探测范围和有助于提高设备的结构强度，减少体积重量，因此，综合一些复杂的共形阵列是很有必要的事。

发明内容

本发明的目的在于提供在两种不同形状的共形透镜中实现一个多波束频率不变，不仅可以节省整个天线系统的成本，而且增加天线阵列灵活性和适用性的一种综合多波束-频率不变的共形阵列的方法。

本发明包括以下步骤：

1)通过利用EGMPM算法整合三种波束得到一个具有频率不变性的线性天线阵列系统，从而获得线性天线阵列系统在虚拟空间中的点源激励和点源间距；

2)通过拉普拉斯方程和边界条件的设置，得到虚拟空间到物理空间的映射关系，用一个雅克比矩阵J表示，将步骤1)中得到的每个点源位置利用该共形变换映射到实际的共形透镜上，并保持点源幅值不变；

3)通过虚拟空间和物理空间之间映射的雅克比矩阵设置共形透镜的相对介电常数；

4)根据天线反射理论，在天线阵列的底部阵元放置处的底端设置一层泡沫层，调整该区域的相对介电常数，最终实现一个多波束-频率不变的共形阵列。

在步骤1)中，所述三种波束为泰勒波束、针状波束和宽波束，工作频率0.6～0.9GHz，间距可为0.02GH；

所述获得线性天线阵列系统在虚拟空间中的点源激励和点源间距的具体方法可为：

假设一个具有M个阵元的非均匀的多波束-频率不变的线阵，它可以辐射P种类型的波束，频率工作在f_L-f_U之间,频率间隔Δf＝(f_U-f_L)/(K-1),K为定义需要测试频率点的个数,则每个测试频率f_k＝f_L+(k-1)Δf,k＝1,2,..K；于是可以得到远场方向图为：

其中，β_k＝2πf_k/c，(p,k)代表着第p种波束和第k个频率点，R_i^(p,k)和d_i代表着第i个阵元的激励和间距；目标是对于不同的模式和不同的频率，找到优化后的具有相同位置，但激励不同的阵列元素；因此需要找到一个最小值Q满足以下式子：