[发明专利]一种机身共形阵列天线的单元布局与电磁设计方法

摘要

本发明涉及到一种机身共形阵列天线的单元布局与电磁设计方法，包括(1)建立机体坐标系；(2)根据机身结构特点设计单元排列形式，确定单元间距，根据电性能指标初步确定单元数目以及阵列行列数；(3)确定单元在机身上的位置坐标；(4)选择辐射单元，并建立各单元的局部坐标系利用坐标旋转相关数学理论建立该共形阵远场方向图分析模型；(5)将各单元的辐射方向图叠加起来得到整个阵列的远场分析模型；(6)利用修正的伯恩斯坦多项式减少变量个数；(7)以俯仰面和方位面最大副瓣电平最小化为目标函数,进而利用粒子群优化算法进行优化，得到修正的伯恩斯坦多项式的控制参数，通过对该多项式进行采样得到天线单元的激励幅度值。

主权项

一种机身共形阵列天线的单元布局与电磁设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立机体坐标系，对采样点进行拟合，得到机身拟合模型坐标原点o为机鼻顶点，坐标x轴为机身轴向，从机尾指向机头，坐标z轴垂直机体竖直向上，坐标y轴根据右手定则确定，然后通过最小二乘法对实际机身模型采样点pi(xi,yi,zi),(i＝1,2,…,K)进行多项式拟合，得到机身截面曲线，其表达式如下：y2+0.394z2‑0.081yz‑1.8474y‑1.3064z+0.11368＝0，其中:K表示采样点数；1.792m≤y≤2.396m；0.0173m≤z≤2.396m；(2)根据机身结构特点设计单元排列形式，确定单元间距，根据电性能指标初步确定单元数目以及阵列行列数单元沿机身轴向和机身截面曲线排列，共形阵列天线整体形式为六边形，确定阵列周向单元弧长间距和阵列轴向单元间距dx，根据阵列增益G和波束宽度2θ0.5的要求，初步确定机身共形阵列天线单元数目，并在此基础上确定阵列行列数；(3)确定单元在机身上的位置坐标rnm，rnm的表达式如下：rnm(xnm,ynm,znm),(n＝1,2,…,N,m＝1,2,…,Mn)，其中：xnm表示第n行m列单元在机身轴向x的坐标值；ynm表示第n行m列单元在机身截面y方向的坐标值；znm表示第n行m列单元在机身截面z方向的坐标值；(4)选择辐射单元，并建立各单元的局部坐标系利用坐标旋转相关数学理论建立该共形阵远场方向图分析模型，首先将远场方向转换成各单元局部坐标系下的表示再将局部坐标系下的各辐射单元的方向图函数转换成全局坐标系下的表示(5)将各单元的辐射方向图叠加起来得到整个阵列的远场分析模型：其中：ωnm表示第nm个单元的激励；k为波长数，k＝2π/λ，λ表示波长；为远场方向；表示第nm个单元的位置；j表示虚数单位；(6)利用修正的伯恩斯坦多项式减少变量个数轴向每一行所有单元的幅度分布用一个修正的伯恩斯坦多项式来拟合，阵列共N行，采用上下对称激励，这样将只需要优化J个修正的伯恩斯坦多项式，为了使每一行各单元幅度联系起来，在每一行中加入一个总的幅度控制变量Am，这样每一个修正的伯恩斯坦多项式将由原来的5个控制参数增加到6个，因此J个修正的伯恩斯坦多项式总共有6J个优化变量，将这6J个优化变量统一表示为β＝[β1,β2,…β6J]T，其中：(7)以俯仰面和方位面最大副瓣电平最小化为目标函数：其中：MSLLθ＝90°为方位面最大副瓣电平，其表达式如下：其中：表示除主瓣区域以外的场强值，S1表示旁瓣区域；表示优化过程中得到的最大场强值；—俯仰面最大副瓣电平，其中：表示除主瓣区域以外的场强值，S2表示旁瓣区域；Emax(θ,90°)表示优化过程中得到的最大场强值；ω表示权重系数；进而利用粒子群优化算法进行优化，得到修正的伯恩斯坦多项式的控制参数，通过对该多项式进行采样得到天线单元的激励幅度值。