[发明专利]一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法

摘要

本发明公开了一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法，包括以下几个步骤：步骤一：建立无人机共形相控阵天线阵和天线单元的坐标系；步骤二：获取无人机共形相控阵天线单元分布；步骤三：获取无人机共形相控阵天线单元场方向图数据；步骤四：对共形相控阵天线阵总场进行合成；步骤五：获取共形相控阵天线增益方向图。本发明利用单个单元的方向图来合成总的方向图，计算速度快，并可以计算单元数量较多的共形相控阵；而传统的采用电磁场数值计算办法，计算速度慢，而且通常计算的单元个数比较少。

主权项

1.一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：建立无人机共形相控阵天线阵和天线单元的坐标系；无人机的共形相控阵天线采用圆台共形相控阵天线，以圆台下底中心o点为原点，在下底面内，垂直向外为x轴，垂直向上为z轴，右手旋构成全局坐标系oxyz；上底半径为r，下底半径为R，高度为h，倾角圆台的方程为P点为圆台上某一天线单元所在的点，以P点为原点，沿着母线方向从底端向顶端建立z′轴，垂直圆台方向为x′轴，与圆台相切构成y′轴，构成局部坐标系Px′y′z′坐标系，为Pz′轴在下底面的投影与x轴所成的夹角；步骤二：获取无人机共形相控阵天线单元分布；单元位置分布为：第一种，等角度均匀分布，天线单元分布在整个圆周上，沿着圆周方向360°角度范围内等圆心角均匀分布，沿着母线上等间距分布；第二种，部分等角度分布，天线单元分布在部分圆周上，沿着圆周方向天线单元之间的圆心角相同，沿着母线上等间距分布；第三种，部分等间距分布，天线单元分布在部分圆周上，沿着圆周方向天线单元之间的弧长相等，沿着母线上等间距分布；步骤三：获取无人机共形相控阵天线单元场方向图数据；将无人机共形相控阵天线的一个单元的全空间场方向图作为单元场方向图数据，为第(m，n)天线单元在局部坐标系下的单元场方向图，其中m表示圆周上天线单元的序号，n表示母线上天线单元的序号，表示第(m，n)天线单元所在的局部坐标系下的方位角，θ_mn′表示第(m，n)天线单元所在局部坐标系下的俯仰角；获取无人机共形相控阵天线的独立的一个天线单元的全空间场方向图，单元场方向图数据包括：方位角俯仰角θ，场方向图的实部和虚部，其中θ∈[0°，180°]，角度间距小于1°；步骤四：对共形相控阵天线阵总场进行合成；利用场矢量合成法获取相控阵天线的总场：其中：表示全局坐标系下的方位角，θ表示全局坐标系下的俯仰角，为在全局坐标系下的总场，M表示圆周上天线单元的个数，N表示母线上天线单元的个数，A_mn为第(m，n)个天线单元的激励幅度，为第(m，n)个天线单元的激励相位，为自由空间的波数，λ为电磁波的波长，为天线单元所在的位置矢量，为方向单位矢量，为局部坐标系Px′y′z′坐到全局坐标系oxyz下的变换矩阵；因为在步骤三中获得，因此获取共形结构的方向图需要得到以及与全局坐标系下的对应的局部坐标系下的假设为全局坐标系oxyz到局部坐标系Px′y′z′下的变换矩阵，则有：ZLW′=ZWL=ZYZZ]]>假设为全局坐标系下的角度，为在对应的某个单元在局部坐标系下的角度，xLyLzL]]>为局部坐标系下的场矢量，xWyWzW]]>为全局坐标系下的场矢量，则有以下关系：XLyLzL=ZWLXwywzw;]]>则局部坐标系下的姿态角可以表示为：当为圆柱结构时，θ0＝90°，则有步骤五：获取共形相控阵天线增益方向图；在已知共形相控阵天线周围全空间上的时，则根据确定增益方向图为：其中：为功率方向图，为增益方向图，P_s＝P_av为全空间的平均功率，为标量场、E_av为全空间的平均标量场、R为源点到场点距离。