本發(fā)明屬于陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種平面陣列天線及其陣列方法，本發(fā)明可用于有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，大威力、高分辨力等系統(tǒng)要求引導(dǎo)著有源相控陣天線向電大尺寸方向飛速發(fā)展(電尺寸為天線物理尺寸相對(duì)于工作頻率波長(zhǎng)的尺寸)。有源相控陣天線通過有源組件(如：延時(shí)放大組件、t/r組件)改變天線單元的饋電相位實(shí)現(xiàn)天線陣波束掃描。天線陣規(guī)模不斷擴(kuò)大，天線通道數(shù)不斷增多，致使有源組件數(shù)量也不斷增多。由于有源組件價(jià)格不菲，導(dǎo)致有源相控陣天線陣成本成倍提高，工程代價(jià)太高。為解決有源相控陣天線陣有源組件數(shù)量巨大、成本過高的問題，通?？梢圆捎迷龃筇炀€單元間距、由幾個(gè)天線單元組成天線子陣模塊共用一組有源組件的方式或者犧牲天線陣一個(gè)方向的掃描能力以達(dá)到減少有源組件數(shù)量的目的。

在目前使用較多的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，常規(guī)有源相控陣平面陣列天線(平面陣列天線以下簡(jiǎn)稱平面陣)中的天線單元常采用矩形柵格排布或方形柵格排布。由陣列天線原理可知增大天線單元間距會(huì)導(dǎo)致天線陣掃描時(shí)出現(xiàn)掃描柵瓣，柵瓣不僅會(huì)影響天線陣的增益，降低了雷達(dá)系統(tǒng)的威力，而且在雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)時(shí)會(huì)引入與目標(biāo)不相關(guān)的信號(hào)，影響系統(tǒng)工作；由幾個(gè)天線組成天線子陣模塊共用一組有源組件的方式要求共用有源組件的天線單元整體加工成一個(gè)子陣模塊，由于工程需要，天線子陣模塊常為規(guī)則形狀以方便安裝，如矩形、正方形，這種子陣模塊共用一組有源組件的方法等效于增大天線單元間距，天線陣方向圖依然會(huì)出現(xiàn)柵瓣。犧牲天線陣一個(gè)方向的掃描能力來減少有源組件數(shù)量的方法則限制了雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

已經(jīng)有很多學(xué)者做了解決有源組件減少后天線陣方向圖出現(xiàn)柵瓣的相關(guān)研究，如：天線單元錯(cuò)位擺放，天線模塊內(nèi)指定隨機(jī)的相位中心，使用邊界不對(duì)稱的子陣模塊如l型子陣等。這些方法在一定程度上能達(dá)到優(yōu)化天線陣方向圖的效果，天線單元錯(cuò)位擺放可以將本該出現(xiàn)在天線陣主平面上的柵瓣移動(dòng)到其他平面上，但是柵瓣并未消除，干擾信號(hào)依然會(huì)進(jìn)入雷達(dá)系統(tǒng)；天線子陣模塊內(nèi)指定隨機(jī)的相位中心可以一定程度的削弱天線陣方向圖柵瓣，但是由于常用天線子陣模塊的邊界較為規(guī)則，相位中心隨機(jī)性不夠高，因此，削弱柵瓣的能力有限；使用共用一組有源組件的邊界不對(duì)稱的子陣模塊如l型子陣時(shí)，子陣的相位中心相對(duì)規(guī)則邊界的相位中心隨機(jī)性強(qiáng)，但是由于邊界不規(guī)則，組陣難度大，尤其陣面較大時(shí)組陣方案很難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種平面陣列天線及其陣列方法，解決大型有源相控陣天線減少有源組件數(shù)量導(dǎo)致天線單元間距增大從而出現(xiàn)掃描柵瓣的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種平面陣列天線，包括四個(gè)陣列模塊，每個(gè)陣列模塊由多個(gè)電線單元陣列組合而成，所述四個(gè)陣列模塊分別位于直角坐標(biāo)系的四個(gè)象限內(nèi)；在同一象限內(nèi)：各相鄰兩排天線單元之間沿橫向偏移一段距離，各相鄰兩列天線單元之間沿縱向偏移一段距離，使同一象限內(nèi)的所有天線單元呈平行四邊形陣列設(shè)置；相鄰兩象限內(nèi)的陣列模塊關(guān)于該相鄰兩象限之間的坐標(biāo)軸對(duì)稱設(shè)置。

第一象限內(nèi)的陣列模塊的各行與各列的偏移量均為正值，其他象限內(nèi)的各陣列模塊的偏移量由第一象內(nèi)的陣列模塊的偏移量對(duì)稱得到。

一種所述平面陣列天線的陣列方法，包括如下步驟：

步驟1：將多個(gè)天線單元按矩形柵格或方形柵格排布成規(guī)則的二維平面陣；

步驟2：將所述二維平面陣劃分成相同的四個(gè)陣列模塊，即每個(gè)陣列模塊落在直角坐標(biāo)系的一個(gè)象限內(nèi)；

步驟3：根據(jù)天線單元間距的大小選擇第一象限模塊內(nèi)天線單元平移矢量；

步驟4：將所述平移矢量對(duì)稱到其他象限內(nèi)的陣列模塊；

步驟5根據(jù)平面陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖計(jì)算公式計(jì)算天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，判斷天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖是否滿足系統(tǒng)要求，若滿足則設(shè)計(jì)結(jié)束，若不滿足則回到步驟3，重新調(diào)整天線單元平移矢量。

所述平移矢量是根據(jù)天線單元間距的大小計(jì)算得來，平移矢量由x方向平移量和y方向平移量進(jìn)行矢量疊加得到。

第一象限x方向平移量與y方向平移量均為正值，其他象限內(nèi)平移矢量由第一象限平移矢量對(duì)稱得到。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

通過將傳統(tǒng)天線單元按規(guī)則柵格排布的二維平面陣劃分成相同的四個(gè)模塊，即每個(gè)模塊落在直角坐標(biāo)系的一個(gè)象限內(nèi)，對(duì)每個(gè)模塊中的天線單元進(jìn)行矢量平移，使天線單元排布柵格形成平行四邊形，如此天線單元饋電點(diǎn)相比矩形柵格或方形柵格能夠均勻投影到掃描平面，最終可以達(dá)到削弱掃描柵瓣的目的。

將整個(gè)天線陣面劃分為四個(gè)陣列模塊分布在直角坐標(biāo)系的四個(gè)象限，僅針對(duì)其中一個(gè)模塊選擇平移矢量，其他象限內(nèi)模塊的平移矢量為該平移矢量對(duì)稱所得，減小了操作量。四個(gè)象限內(nèi)各個(gè)模塊對(duì)稱，減小了工程實(shí)現(xiàn)難度。僅對(duì)天線陣中的天線單元做平移操作，天線單元未發(fā)生旋轉(zhuǎn)，保持天線單元原有的極化特性，有利于天線極化合成。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種新型平面陣列天線設(shè)計(jì)方法流程圖；

圖2為24；24陣面示意圖；

圖3為示例陣面主切面法向波束方向圖；

圖4為示例陣面主切面掃描波束方向圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

參見圖2，本發(fā)明以24x24的陣面為例對(duì)對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：在平面內(nèi)按方形柵格排布的一個(gè)工作在某波段平面陣，天線x方向單元間距為2個(gè)波長(zhǎng)，y方向條單元間距為2個(gè)波長(zhǎng)，陣面由24乘24個(gè)天線單元組成的平面陣。將陣面劃分為四個(gè)陣列模塊1、2、3、4，對(duì)落在第一象限內(nèi)的陣列模塊1的天線單元5進(jìn)行矢量平移。

參見圖3，選擇平移矢量(x，y)為第一象限內(nèi)陣列模塊1的天線單元5的平移矢量，其中x、y分別等于2/11波長(zhǎng)，并對(duì)稱到其他象限內(nèi)陣列模塊2、3、4得到整個(gè)陣面，即第二象限內(nèi)陣列模塊2的天線單元5的平移矢量為(-x，y)，第三象限內(nèi)陣列模塊3的天線單元5的平移量為(-x，-y)，第四象限內(nèi)陣列模塊4的天線單元5的平移矢量為(x，-y)。

由陣列天線原理可知，當(dāng)天線單元間距大于出現(xiàn)掃描柵瓣的距離時(shí)，陣列天線掃描就會(huì)出現(xiàn)掃描柵瓣，而常規(guī)的平面陣采用矩形柵格(或方形柵格)形式時(shí)，天線單元最大單元間距出現(xiàn)在柵格的直角邊上且天線單元無法在最大單元間距所在直線上投影出更多的點(diǎn)，因此無法避免出現(xiàn)掃描柵瓣。為解決這一問題，可將天線單元進(jìn)行矢量平移使常規(guī)的矩形柵格(或方形柵格)變成平行四邊形柵格，這樣天線單元就能在常規(guī)平面陣最大單元間距所在直線上投影出更多的點(diǎn)，從而改善天線陣的掃描柵瓣。

在一些系統(tǒng)要求較為苛刻的情況下，很難做到一次平移天線陣遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖就能滿足系統(tǒng)要求，通過調(diào)整平移矢量改善天線單元間的投影間距，如此迭代可不斷的改善天線陣遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖掃描柵瓣以滿足系統(tǒng)要求。

參見圖4，計(jì)算天線陣遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，由陣列天線原理，此時(shí)天線單元間距大于一個(gè)，若天線單元按常規(guī)柵格規(guī)則分布，則天線陣掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)掃描柵瓣，而從圖4中可見，示例陣面主切面掃描時(shí)無掃描柵瓣出現(xiàn)，說明天線單元平移操作優(yōu)化了天線陣性能，取得了很好的效果。

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)。