本發(fā)明涉及一種相控陣天線的結(jié)構(gòu)，尤其涉及的是一種基于子陣級(jí)的大單元間距相控陣天線。
背景技術(shù)：
：相控陣天線通常在水平和垂直兩個(gè)方向上排列相同的天線單元組成面陣，以實(shí)現(xiàn)二維波束掃描。通過(guò)對(duì)每個(gè)輻射天線的振幅和相位激勵(lì)進(jìn)行獨(dú)立控制，以便形成低副瓣和任意指向。對(duì)天線單元進(jìn)行排布時(shí)，如果單元間距大于一個(gè)波長(zhǎng)會(huì)在方向圖中形成不必要的柵瓣，太小則會(huì)使陣列單元的互耦變大，影響天線性能，并在同樣的陣列口徑下增加單元數(shù)。為了降低成本，通常希望在同樣的陣面口徑下，盡可能的減少單元數(shù)和收發(fā)組件的數(shù)量。采用單元間距大于一個(gè)波長(zhǎng)的陣列天線是一種可行的辦法。這種陣列可以大大減少單元數(shù)目，但按照規(guī)則排列時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)柵瓣。柵瓣的存在會(huì)對(duì)天線增益和系統(tǒng)指標(biāo)產(chǎn)生很大影響，因此如何抑制大間距陣列天線的柵瓣就成為一個(gè)重要的研究方向。目前國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)這方面進(jìn)行了大量研究。研究方法主要是設(shè)計(jì)各種陣面排布方法打亂陣列的周期性，使柵瓣的能量分散開(kāi)，達(dá)到抑制柵瓣的目的。一類方法是單元級(jí)非周期化排列，這種方法使得天線單元間距在0.5個(gè)波長(zhǎng)到1個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi)隨機(jī)變化，可使得±45°掃描范圍內(nèi)，不出現(xiàn)柵瓣。但這種方法不利于收發(fā)組件模塊和天線單元一體化設(shè)計(jì)。當(dāng)收發(fā)組件和天線單元連接時(shí)，收發(fā)組件只能做成單個(gè)的和天線連接，或者做成模塊化通過(guò)電纜或其它方式連接。如果收發(fā)組件做成單個(gè)的將極大地增加組件及后端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，不利于工程化設(shè)計(jì)。如果收發(fā)組件做成1×8，2×2，4×4的模塊形式，組件到天線的傳輸線損耗就不可避免。另一類方法是采用子陣級(jí)非周期化。例如GBR雷達(dá)陣列，將陣面分成8個(gè)超級(jí)子陣，每個(gè)子陣做一定角度的旋轉(zhuǎn)，并采用高增益天線單元，可實(shí)現(xiàn)-12dB的柵瓣。這種陣面旋轉(zhuǎn)的方法對(duì)于大型陣列，旋轉(zhuǎn)角度非常小即可達(dá)到抑制柵瓣的目的，但對(duì)于中小型陣列，旋轉(zhuǎn)角度稍大才能達(dá)到抑制柵瓣的目的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角太大時(shí)就會(huì)增大天線的交叉極化，同時(shí)導(dǎo)致子陣與子陣之間的間隙較大而影響副瓣。國(guó)內(nèi)朱瑞平等人提出采用圓環(huán)柵格結(jié)構(gòu)及子陣插箱結(jié)構(gòu)來(lái)抑制柵瓣，但是子陣種類較多，為了便于和后端收發(fā)組件連接，組件模塊也需要做成多種規(guī)格。王欣等人提出從中間到邊緣漸稀的子陣排布方法抑制柵瓣，但中間子陣和邊緣子陣的單元間距不同，仍需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的兩種規(guī)格的收發(fā)組件模塊。還有近年來(lái)許多學(xué)者提出采用不同的優(yōu)化算法給出非周期子陣的位置排列，但還沒(méi)有見(jiàn)到完整的報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于子陣級(jí)的大單元間距相控陣天線，兼顧柵瓣抑制和副瓣加權(quán)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述天線的陣面按直角坐標(biāo)系分為第一、第二、第三和第四象限，所述第一、第二、第三和第四象限這四個(gè)象限關(guān)于象限中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，所述第一象限包括多個(gè)非周期性排布的子陣，位于同一行或同一列的子陣中心的連線為曲線，所述每個(gè)子陣內(nèi)包括多個(gè)單元。所述每個(gè)子陣內(nèi)有多個(gè)按矩形柵格均勻排列的單元，單元之間的間距大于一個(gè)波長(zhǎng)。所述第一象限內(nèi)每行的子陣數(shù)目沿Y軸向象限中心增加，所述第一象限內(nèi)每列的子陣數(shù)目沿X軸向象限中心增加。能夠使得整個(gè)陣列的邊緣近似為圓形。所述第一象限內(nèi)有20個(gè)子陣，按照沿Y軸到象限中心的順序排布為五行，每行沿象限中心到X軸的順序依次有兩個(gè)、四個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、五個(gè)子陣；靠近象限中心的四個(gè)子陣中心連線構(gòu)成第一正方形；位于X軸和Y軸端部的四個(gè)子陣中心連線分別構(gòu)成第三和第二正方形；位于第一正方形外端的四個(gè)子陣中心分別位于第一正方形各個(gè)邊的延長(zhǎng)線上；剩余四個(gè)子陣的中心構(gòu)成四邊形，其中，靠近X軸的一個(gè)子陣中心在可與另外三個(gè)子陣中心構(gòu)成正方形的位置上沿X軸平移大于一個(gè)波長(zhǎng)的距離。所述第一正方形的底邊與X軸的夾角為θ2，所述第二正方形的底邊與X軸的夾角為θ1，其中，θ2大于θ1。所述四邊形中靠近X軸的子陣中心沿X軸平移的距離為1.2倍波長(zhǎng)。所述第二正方形和第三正方形的傾斜角度、邊長(zhǎng)都相同。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明結(jié)合陣列非周期化原理構(gòu)造出一個(gè)單元間距大于1個(gè)波長(zhǎng)的陣列，基于模塊化思想，以較少的天線單元和子陣數(shù)達(dá)到增益，副瓣，柵瓣抑制等要求，降低了天線系統(tǒng)的成本；本發(fā)明將位于同一列或同一行的子陣中心沿垂直方向或水平方向呈曲線的形式排列，這樣可以有效減小子陣與子陣之間的間隙，同時(shí)保證子陣與子陣之間的非周期排列，有效地抑制了柵瓣電平，對(duì)于中小型陣列，這種排列方式不需要子陣旋轉(zhuǎn)，不會(huì)增加交叉極化電平，副瓣電平也不會(huì)惡化太多；本發(fā)明將整個(gè)陣列按象限分為4個(gè)部分，其它象限與第1象限的排布旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，在設(shè)計(jì)時(shí)只需設(shè)計(jì)一個(gè)象限即可，降低了設(shè)計(jì)難度。同時(shí)兼顧了陣列和差方向圖的形成，可得到良好的和差性能；本發(fā)明的子陣只有一種，每個(gè)子陣內(nèi)部包含16個(gè)單元，16個(gè)單元按照矩形柵格均勻排列，非常便于和天線后端的收發(fā)組件模塊連接，組件模塊可以做成2×2或4×4等規(guī)格，簡(jiǎn)化了組件模塊的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是第一象限子陣排布示意圖；圖3是陣因子和單元因子水平面方向圖；圖4是陣因子和單元因子垂直面方向圖；圖5是陣列水平面方向圖；圖6是陣列垂直面方向圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例天線的陣面按直角坐標(biāo)系分為第一、第二、第三和第四象限，所述第一、第二、第三和第四象限這四個(gè)象限關(guān)于象限中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，以形成和差波束，所述第一象限A包括20個(gè)非周期性排布的子陣a，位于同一行或同一列的子陣a中心的連線為曲線，所述每個(gè)子陣a內(nèi)包括16個(gè)單元。整個(gè)陣列共有80(4*20)個(gè)子陣a，1280(4*20*16)個(gè)單元。本實(shí)施例的總單元數(shù)為1280，子陣a數(shù)為80，柵瓣在±10°范圍內(nèi)小于-20dB。所述每個(gè)子陣a內(nèi)有16個(gè)按矩形柵格均勻排列的單元，單元間距為1.2λ0*1.2λ0，λ0為工作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。所述第一象限A內(nèi)每行的子陣a數(shù)目沿Y軸向象限中心增加，所述第一象限A內(nèi)每列的子陣a數(shù)目沿X軸向象限中心增加。能夠使得整個(gè)陣列的邊緣近似為圓形。所述第一象限A內(nèi)有20個(gè)子陣a，按照沿Y軸到象限中心的順序排布為五行，每行沿象限中心到X軸的順序依次有兩個(gè)、四個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、五個(gè)子陣a；這四個(gè)依次為第二子陣2和第四子陣4，第一子陣1、第三子陣3、第六子陣6和第十子陣10，第十五子陣15、第十八子陣18、第五子陣5和第九子陣9，第十四子陣14、第十七子陣17、第二十子陣20、第八子陣8和第十二子陣12，第十三子陣13、第十六子陣16、第十九子陣19、第七子陣7和第十一子陣11；所述第一子陣1、第二子陣2、第四子陣4、第三子陣3的中心連線構(gòu)成第二正方形；所述第十三子陣13、第十四子陣14、第十七子陣17、第十六子陣16的中心連線構(gòu)成第一正方形，所述第十五子陣15、第十八子陣18、第二十子陣20和第十九子陣19分別位于第一正方形的各邊延長(zhǎng)線上，并且第十五子陣15與第十四子陣14的中心連線的距離、第十八子陣18與第十七子陣17的中心連線的距離、第二十子陣20與第十七子陣17的中心連線的距離、第十九子陣19與第十六子陣16的中心連線的距離相等且于第一正方形的邊長(zhǎng)相同；所述第七子陣7、第八子陣8、第十二子陣12、第十一子陣11的中心連線為第三正方形；所述第五子陣5、第六子陣6、第十子陣10和第九子陣9構(gòu)成的四邊形中，第九子陣9的中心在可與第五子陣5、第六子陣6和第十子陣10構(gòu)成正方形的位置上沿X軸平移1.2λ0的距離。所述第一正方形的底邊與X軸的夾角為θ2，所述第二正方形的底邊與X軸的夾角為θ1，其中，θ2大于θ1，本實(shí)施例中，θ2為20°，θ1為10°。第二正方形和第三正方形的傾斜角度、邊長(zhǎng)都相同。這樣的排布可以打亂其周期性，同時(shí)兼顧子陣邊緣不發(fā)生重疊。圖2中方框代表子陣邊緣，小圈代表各個(gè)子陣的中心位置，數(shù)字為各個(gè)子陣的編號(hào)。按照這種方式對(duì)排布后，各個(gè)子陣在保證不互相重疊的情形下盡可能的密集。第一子陣1～第二十子陣20的中心位置坐標(biāo)相對(duì)于λ0的歸一化值如下表所示。其余象限的子陣位置可由第一象限A中的子陣對(duì)稱得到。表1第一象限A中子陣中心點(diǎn)坐標(biāo)值子陣編號(hào)子陣中心點(diǎn)坐標(biāo)歸一值子陣編號(hào)子陣中心點(diǎn)坐標(biāo)歸一值1(2.64，17.65)11(22.27，2.41)2(2.94，22.45)12(22.75，7.22)3(7.45，17.16)13(2.93，2.47)4(7.93，21.97)14(2.68，7.30)5(13.01，12.87)15(2.44，12.12)6(12.95，17.84)16(7.75，2.71)7(17.46，2.89)17(7.51，7.54)8(17.94，7.70)18(7.27，12.36)9(18.42，12.51)19(12.58，2.95)10(17.84，17.32)20(12.34，7.78)由于子陣內(nèi)單元間距大于1個(gè)波長(zhǎng)，采用常規(guī)的相控陣單元會(huì)大大降低陣面效率，并且不利于抑制陣列柵瓣。這里可以采用2×2的波導(dǎo)裂縫陣為輻射單元或2×2的微帶貼片陣加1分4功分器制成輻射單元。典型的輻射單元在水平面和垂直面的方向圖如圖3和圖4所示。單元方向圖分別在兩個(gè)主面形成兩個(gè)零點(diǎn)，可有效抑制陣面柵瓣，具有較高的口面效率。如圖3～圖6所示，分別給出單元因子，陣因子和陣列在水平面和垂直面的方向圖。從圖中可以看出，陣因子采用副瓣-25dB的泰勒?qǐng)A口徑加權(quán)后，副瓣達(dá)-23dB，柵瓣小于-9.5dB。由于單元因子的調(diào)制，陣列方向圖的柵瓣被進(jìn)一步抑制，當(dāng)陣列不掃描時(shí)，柵瓣消失，在±10°掃描時(shí)，柵瓣小于-20dB。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3