[发明专利]最小间距可控的超宽带无栅瓣稀疏线阵设计方法

摘要

最小间距可控的超宽带无栅瓣稀疏线阵设计方法，涉及天线。提供最小间距可控的超宽带无栅瓣稀疏线阵，而且有较低的峰值副瓣电平；在保证宽频带内栅瓣/副瓣区域的峰值电平基本保持不变的前提下，还可以最大程度降低栅瓣/副瓣区域的峰值电平；相对于一些算法如遗传算法等，基于迭代凸优化的数值微扰优化法优化速度明显加快的最小间距可控的超宽带无栅瓣稀疏线阵设计方法。基本思路是首先，解析法设计超宽带稀疏线阵；然后通过多步位置微扰，进一步优化解析法设计的RPS阵，使得栅瓣/副瓣区域的峰值电平大大降低。在整个优化布局的过程中，最小间距始终可控。

主权项

最小间距可控的超宽带无栅瓣稀疏线阵设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)假设在天线阵列的布阵范围为[‑D/2,D/2]上布置了2N+1个阵元，位置为d‑N，d‑(N‑1)，...，d0，d1，...，dN‑1，dN，其中d‑N＝‑D/2，dN＝D/2，为阵列的孔径大小，对于任何宽带天线单元激励等幅同相的阵列，当天线系统的工作波段在一倍频至三倍频(f0～3f0，对应的波长为)时，此波段内栅瓣/副瓣区域的峰值电平基本保持不变，误差小于0.5dB，具体步骤如下：(1)对于一个沿Z轴均匀分布并且关于原点对称的线阵，它的阵因子公式为：AF(θ)=Σn=-NNe-jβndsinθ---(1)]]>其中，β表示自由空间波数，d是阵元间距为表示求和运算符，θ表示从X轴观测的角度，已知均匀阵列在高频波段会生成栅瓣，为了抑制栅瓣生成，对阵元位置进行初步优化；(2)将式(1)中的n变为nr，并引入一个新的参数ξ，该参数由式(2)确定，新的dn由式(3)给出，得到的新阵列为RPS阵，它的阵因子表达式为式(4)：ξ(r,N)=[Nr-(N-1)r]-1,r<1,N≥11,r≥1---(2)]]> dn＝sign(n)dminξ|n|r,|n|≤N   (3)AF(θ)=Σn=-NNe-jβdnsinθ---(4)]]>其中，dmin为λ0/2(低频时的半个波长)，选取合适的r和N，使得天线系统工作在波段f0～3f0时，栅瓣/副瓣区域的峰值电平基本保持不变；2)为了进一步降低栅瓣/副瓣区域的峰值电平，采用多步数值微扰优化法，所述多步数值微扰优化法的具体步骤为：将式(4)中阵元位置dn(n＝0,1,2,…N)变成dn+Δn，Δn代表每一个阵元的位置微扰量，由于这个约束条件，微扰后的阵因子式表达为式(5)：AFs(θ)=AF(θ)-2βsinθΣn=1NΔnsin(βdnsinθ)---(5)]]>其中，AF(θ)是微扰前的阵因子式，是一步位置微扰后产生的变化量；微扰时保证满足最小间距约束、位置微扰幅度约束两个条件，对以上线性阵列的阵元位置进行微扰，具体约束条件如下：(1)最小间距约束：在实际天线阵布局过程中，阵元间距需不小于所设计的单元天线尺寸，因此在微扰过程中，需要满足最小间距约束dn‑dn‑1≥dmin，dmin为λ0/2，n＝0,1,2,…N；(2)位置微扰幅度约束：为了保证位置微扰的近似精度，要求即对于n＝0,1,2,…N，均满足|βΔn|≤μ，此处的μ的大小决定了位置微扰的幅度；遵循以上约束条件，采用迭代二阶锥规划法对RPS阵进行多步位置微扰优化，在每一步微扰，二阶锥规划法的优化目标是最小化栅瓣/副瓣区域的峰值电平；多步微扰后，当栅瓣/副瓣区域的峰值电平基本保持不变且阵列布局也保持不变时，得到最优化阵列布局结果。