[发明专利]一种考虑栅瓣抑制的对数周期天线直线阵设计方法及应用

说明书

本发明公开了一种考虑栅瓣抑制的对数周期天线直线阵设计方法，包括：获取由若干个点源天线单元组成的均匀直线阵的主瓣方向随馈电相位变化的第一方向函数；获取由若干天线单元组成的均匀直线阵的主瓣方向受天线单元自身波束宽度影响下的第二方向函数；根据第一方向函数和第二方向函数构建直线阵的归一化方向函数；通过控制天线单元之间的间距，依据归一化方向函数得到不同间距下的天线阵方向图，以获取不出现栅瓣的天线单元间距范围；根据间距范围将若干个对天线单元直线排列构建直线阵。其可以解决传统的天线阵采用改变天线单元的间隔、馈电幅值和相位的方式控制副瓣电平，导致增加馈电的复杂度和成本的问题。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及到一种考虑栅瓣抑制的对数周期天线直线阵设计方法、一种考虑栅瓣抑制的对数周期天线直线阵设计装置、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

对数周期偶极子天线通常由若干个偶极子天线构成，且各个偶极子天线的物理结构及相互之间的间距按照一定比例因子变化。虽然对数周期偶极子天线由多个对称振子组成，但在任意一个工作频率上并非所有振子都对辐射作贡献，只有位于辐射区(长度在工作波长一半左右的那些振子)振子对辐射起主要作用，因此它的方向性不可能做到很强。方向系数或增益通常只有10dBi左右，属于中等增益天线范畴。通过选择合适的比例因子和间隔因子，对数周期偶极子天线可以对较宽的频段进行覆盖，其通常具有几十度的水平面波束宽带从而覆盖一定的扇区。但当对数周期偶极子天线架设固定后，其波束覆盖范围也就固定了。为了能够实现更远距离的通信和不同方向目标的探测，通常需要采用多个天线单元组成相控阵，其中直线阵就是结构最为简单的一种阵列形式。将若干个对数周期偶极子天线按照直线等间距排列就可构成均匀直线阵，通过改变天线单元的馈电相位可实现波束扫描，因此在无线电系统中应用较为广泛。

对于设计水平架设的对数周期偶极子天线组成的均匀直线阵，间距的选择尤为重要。当间距选择过小时，由于对数周期偶极子天线工作带宽较宽，水平架设天线单元之间会出现结构上的重叠；当间距选择过大时，会导致天线阵波束在扫描过程中出现栅瓣。目前大多数对数周期偶极子直线阵的设计都是采用间距为中心工作波长的一半来控制栅瓣，但是该布置方式只适用于带宽较窄的直线阵，采用较宽的带宽可能会导致阵元间结构重合，所以必然会对带宽产生一定限制。同时，现有的天线理论确定的间距范围仅考虑理想的点源天线组阵时产生栅瓣的条件，并未考虑不同天线单元自身对产生栅瓣的影响，因此无法得到满足不出现栅瓣的准确间距范围，无法到达直线阵带宽最大化的效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种副瓣电平可控的对数周期天线直线阵设计方法及应用，其可以解决传统的天线阵采用改变天线单元的间隔、馈电幅值和相位的方式控制副瓣电平，导致增加馈电的复杂度和成本的问题。

一方面，本发明第一实施例提供了一种考虑栅瓣抑制的对数周期天线直线阵设计方法，包括：获取由若干个点源天线单元组成的均匀直线阵的主瓣方向随馈电相位变化的第一方向函数；获取由若干各对数周期偶极子天线单元组成的均匀直线阵的主瓣方向受天线单元自身波束宽度影响下的第二方向函数；根据所述第一方向函数和所述第二方向函数构建对数周期偶极子天线直线阵的归一化方向函数；通过控制天线单元之间的间距，依据所述归一化方向函数得到不同所述间距下的天线阵方向图，并根据所述天线阵方向图获取不出现栅瓣的天线单元间距范围；根据所述间距范围将若干个对数周期偶极子天线呈直线排列构建对数周期偶极子天线直线阵。

在本发明的一个实施例中，所述第一方向函数为：其中，M为天线单元数量、ψ＝ξ+kdsinθ为总相位；其中，ξ为馈电相位、为波常数、d为天线单元间距、θ为主瓣与法向间的夹角。

在本发明的一个实施例中，所述第二方向函数为：F₁(θ)＝cos^m(θ/2)；其中，θ为主瓣与法向间的夹角、m定义为波束宽度因子，且有其中，2θ_0.5E为对数周期偶极子天线在水平面的3db波束宽度。