[发明专利]一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线及设计方法

说明书

一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线，选择均匀分布4×4单元构成基本子阵，并选择将2×2个基本子阵进一步构成模块，模块内子阵的排布规则为子阵相互错位，共包含2种互为镜像的错位排布规则，进而形成2种互为镜像的模块。所述的2种模块构成模块库，在模块库中随机选择合适的模块拼接成天线阵列，并采用遗传算法对选取的模块类型进行优化，从而可以显著改善栅瓣抑制能力。本发明提出的基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线可以有效抑制栅瓣电平，并且模块化程度高，这能够极大地降低阵列天线系统中馈电网络、T/R组件的设计难度，从而降低系统复杂度和造价。

技术领域

本发明涉及一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线及设计方法，属于天线技术领域。

背景技术

相控阵天线是相控阵雷达的重要组成部分，通过独立控制各辐射单元的幅度和相位，可以快捷地改变阵列的波束指向和波束形状，相控阵天具有快速扫描、波束捷变、空间功率合成和多波束等优点，在各种类型的地基、舰载、机载、星载雷达中得到广泛应用。为了提高相控阵天线的作用距离和范围，阵列天线的增益面临着越来越高的要求和挑战，因此阵列天线孔径也不断增大。对大孔径相控阵天线而言，当单元间距仍保持半波长左右时，相控阵天线的有源通道数量急剧上升，不仅会导致系统成本剧增，而且会增大系统的散热、重量、结构的设计和实施难度。因此对大孔径相控阵天线而言，通过增大单元间距可以显著降低有源通道数量，从而有效解决上述难题。然而，当单元间距超过一个波长时，若阵列天线仍均匀排布，其结构周期性必然会导致阵因子方向图出现栅瓣，进而导致主波束能量降低甚至引起误跟踪。为了抑制栅瓣，必须打破阵列天线排布的周期性，采用非周期阵列排布，这又通常分为两大类：单元级非周期和子阵级非周期阵列排布。

单元级非周期阵列又可以分为稀疏阵列和稀布阵列。稀疏阵列是指均匀满阵中随机剔除部分天线单元形成的阵列，其单元间距是均匀满阵单元间距的整数倍。稀布阵列是指天线单元随机分布的阵列，其单元间距通常仅需不小于最小单元间距即可。单元级非周期阵列在抑制栅瓣电平的同时还可以改善副瓣电平，然而单元级非周期排布极大地增加馈电网络、T/R组件、波束控制的复杂程度，模块化程度低，不利于相控阵天线的批量生产、维修，工程实现难度大，限制了该技术的广泛应用。

子阵级非周期阵列是指基于等间距或不等间距的小阵进行非周期排布构成的整个大阵，基于子阵的非周期布阵方式不仅可以抑制栅瓣电平，同时模块化程度高，大大降低了馈电网络、T/R组件、波束控制的设计难度，对子阵的批量生产、维修提供了极大便利。子阵级非周期阵列的排布形式一般包括旋转子阵、错位子阵、随机排布子阵、弧形环栅阵、梯形环栅阵、非规则子阵(如L形子阵)、非均匀子阵等。现有技术中采用子阵单元间距从中心至边缘逐渐增大的布阵方式抑制栅瓣，该方案需要采用多种不同单元间距的子阵，这大大增加了馈电网络和T/R组件的设计和加工复杂度；采用其他阵布阵方式，也存在容易引起交叉极化恶化、加工难度较大、工程实现困难等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线及设计方法，选择均匀分布4×4单元构成基本子阵，并选择将2×2个基本子阵进一步构成模块，模块内子阵的排布规则为子阵相互错位，共包含2种互为镜像的错位排布规则，进而形成2种互为镜像的模块。所述的2种模块构成模块库，在模块库中随机选择合适的模块拼接成天线阵列，并采用遗传算法对选取的模块类型进行优化，从而可以显著改善栅瓣抑制能力。本发明提出的基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线可以有效抑制栅瓣电平，并且模块化程度高，这能够极大地降低阵列天线系统中馈电网络、T/R组件的设计难度，从而降低系统复杂度和造价。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线，包括：

多个模块，每个模块包括多个子阵，每个子阵包括多个天线单元；

每个子阵内的多个天线单元采用矩形栅格均匀排布；

每个模块内的多个子阵采用错位排布；所有模块分为两种，互为镜像；