[发明专利]二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线

说明书

本发明公开了一种雷达技术领域的二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线，方法包括获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；根据每行每列仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列；计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据，根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比；根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列。实现使用较少的天线实现光栅旁瓣消除的二维相控阵的设计方案和二维相控阵天线排布结构。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其是二维相控阵天线设计方法、装置和二维相控阵天线。

背景技术

二维相控阵由多个在二维平面上按一定规律排布的天线构成。二维相控阵可被用于定向发射信号，通过这些天线同时发射（或接收）具备一定相位关系且的电磁波，利用电磁波的干涉效应可以实现定向发射（或接收）信号。通过改变天线间的相位关系，还可以实现对一定角度范围内进行二维扫描，成为相控阵雷达。周期性排布的天线阵列凭借其易于实现、数据容易处理的优势被最早用于相控阵雷达。一般来说，周期性排布的天线阵列要求相邻天线之间间距小于信号载波的半波长，从而消除由于多级干涉导致的光栅旁瓣。然而在特定应用场景或技术条件下（如芯片级激光雷达），无法实现相邻天线之间间距小于信号载波的半波长，这使得光栅旁瓣的抑制成为相控阵雷达的关键技术问题。常用的解决方法是设计一维非周期天线排列在一个维度上抑制光栅旁瓣的强度，并将该设计复用到另一维度上，实现对二维远场的光栅旁瓣抑制。这种方法的弱点在于：

1. 需要天线数目过多。一般至少需要数百个天线才能将光栅旁瓣抑制比降低到10dB。

2. 发射（或接收）信号的效率远低于无光栅旁瓣雷达。非周期天线排列尽管可以有效抑制光栅旁瓣的强度，但是无法将光栅旁瓣的能量重新聚集到主瓣上。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种使用较少的天线实现光栅旁瓣消除的二维相控阵的设计方案和二维相控阵天线排布结构。

二维相控阵天线设计方法，包括如下步骤：

获取天线数目N、波长和天线最小间距，根据天线数目N和波长构建有N*N等距格点的网格；其中，任意天线之间的距离不小于所述最小间距；

根据每行每列仅有一个天线分布以及任意天线之间的距离不小于所述最小间距的约束条件，获取天线在等距格点的网格中的所有天线分布阵列；

计算获取每个天线分布阵列的远场分布数据，根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比；根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列。

所述根据所有远场分布数据计算出所有天线分布阵列对应的信噪比的方法包括：计算每组二维相控阵天线分布阵列的若干远场强度峰值，以最大远场强度峰值和第二大远场强度峰值比值作为信噪比的计算参数。

所述根据信噪比参数在所有天线分布阵列中选择需要的天线分布阵列的方法包括：计算出M种天线分布阵列的信噪比，取M个信噪中比值最大的天线分布阵列为所需二维相控阵天线。其中，横向和纵向的相邻天线中心点之间的距离小于等于半波长。