本申請(qǐng)涉及于微波天線，特別涉及一種用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

1、大間距陣列是降低波束掃描陣列成本的關(guān)鍵途徑之一，它通過(guò)增加陣元間距(通常大于半個(gè)波長(zhǎng))來(lái)減少同一口徑下陣列的有源單元數(shù)量，從而節(jié)約與天線陣面所連接的收發(fā)組件。大間距陣列這種設(shè)計(jì)不僅帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)，也同時(shí)具有很多缺點(diǎn)。

2、具體來(lái)說(shuō)，它的優(yōu)勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：首先，減少的陣元數(shù)量使得陣面更加輕薄。其次，在制造方面大間距陣列比常規(guī)天線陣列要簡(jiǎn)單，易于加工和組裝，并且能夠顯著降低制造成本。另外，較少使用了射頻通道有助于散熱和節(jié)約能耗。但是它最大的缺陷在于過(guò)大陣元間距導(dǎo)致的掃描柵瓣問(wèn)題。因此關(guān)于大間距陣列中合理地抑制柵瓣有很大的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法，可用于解決大間距陣列中合理地抑制柵瓣的技術(shù)問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法，方法包括：

3、步驟1，設(shè)計(jì)40％相對(duì)帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個(gè)正交平面方向圖；

4、步驟2，對(duì)子陣輻射輻射方向圖進(jìn)行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度的影響參量，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)參量用于設(shè)計(jì)子陣方向圖，使得子陣方向圖零點(diǎn)位置需要與陣列陣因子?xùn)虐晡恢盟鶎?duì)應(yīng)，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點(diǎn)與陣因子?xùn)虐晗嗷サ窒?/p>

5、步驟3，確定能夠?qū)崿F(xiàn)0度和68度相位可調(diào)的移相器的結(jié)構(gòu)饋電網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)子陣內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)單元相位差的獨(dú)立調(diào)控

6、進(jìn)一步地，步驟1，設(shè)計(jì)40％相對(duì)帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個(gè)正交平面方向圖；包括：

7、確定一種堆疊寬帶天線單元，包括單元8和單元9組成的一個(gè)二階子陣，為五層堆疊式微帶貼片結(jié)構(gòu)；從上至下依次為：寄生貼片層、輻射貼片層、彎折探針饋電層、金屬地板、饋電網(wǎng)絡(luò)；

8、采用介質(zhì)板材料為f4bm-2，相對(duì)介電常數(shù)：2.56，損耗角正切為0.002，天線單元通過(guò)接在金屬地板上的同軸接口7輸入的電信號(hào)進(jìn)行饋電，并且通過(guò)加載在后三層介質(zhì)層的彎折金屬探針將能量傳遞到輻射貼片層，再將能量耦合到上層的寄生貼片。

9、進(jìn)一步地，步驟2，對(duì)子陣輻射輻射方向圖進(jìn)行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度的影響參量，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)參量用于設(shè)計(jì)子陣方向圖，使得子陣方向圖零點(diǎn)位置需要與陣列陣因子?xùn)虐晡恢盟鶎?duì)應(yīng)，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點(diǎn)與陣因子?xùn)虐晗嗷サ窒?，包括?/p>

10、子陣在yoz面的輻射方向圖表示為：

11、其中為子陣輻射方向圖，dsub為子陣內(nèi)部的單元間距，dfb為子陣內(nèi)部的單元之間的相位差，m為子陣階數(shù)；

12、推導(dǎo)得出子陣方向圖零點(diǎn)的位置如下：其中i表示以為第i個(gè)零點(diǎn)位置；

13、由此確定零點(diǎn)位置與子陣內(nèi)單元間距和子陣內(nèi)單元相位相關(guān)，對(duì)子陣內(nèi)單元間距和子陣內(nèi)單元相位的自由度進(jìn)行數(shù)值分析調(diào)節(jié)子陣方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度；

14、首先調(diào)控子陣內(nèi)單元間距調(diào)節(jié)子陣方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度：子陣內(nèi)單元間距的變動(dòng)范圍在0.46λ到0.70λ之間，零陷深度隨著子陣內(nèi)單元間距增加而增大，從而柵瓣抑制效果越來(lái)越顯著；隨著陣內(nèi)單元間距進(jìn)一步增大后，子陣方向圖副瓣逐漸顯現(xiàn)，因此柵瓣抑制效果被進(jìn)一步削弱；選擇0.6λ作為子陣內(nèi)單元間距；

15、然后調(diào)控子陣內(nèi)單元相位差調(diào)節(jié)子陣方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度：當(dāng)兩個(gè)單元相位差為0度時(shí)，形成第一個(gè)零點(diǎn)區(qū)域，此時(shí)零點(diǎn)區(qū)域位于-90°～-47.83°區(qū)域以及對(duì)稱的+47.83°～+90°區(qū)域；當(dāng)兩個(gè)單元相位差為68度時(shí)，形成了另外一個(gè)零點(diǎn)區(qū)域，此時(shí)零點(diǎn)區(qū)域位于-47.83°～-30°區(qū)域；零陷深度為-10db。

16、進(jìn)一步地，步驟3，確定能夠?qū)崿F(xiàn)0度和68度相位可調(diào)的移相器的結(jié)構(gòu)饋電網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)子陣內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)單元相位差的獨(dú)立調(diào)控，包括：

17、加載pin二極管的開(kāi)關(guān)傳輸線式移相器為子陣內(nèi)部?jī)蓚€(gè)單元提供相位差；

18、移相器包括一個(gè)一分二等分功分器和四段相位延遲傳輸線；每一段延遲線上加載了兩個(gè)pin二極管，通過(guò)調(diào)節(jié)pin二極管的不同通斷模式來(lái)控制不同的相移信號(hào)輸出。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明提供了一種用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法，推導(dǎo)了子陣方向圖零點(diǎn)解析理論公式，對(duì)零點(diǎn)位置和零陷深度的變量進(jìn)行了數(shù)值分析。最終子陣方向圖零點(diǎn)可以覆蓋120°，零陷深度為-10db，根據(jù)方向圖乘積定理，能夠?qū)拵Т箝g距陣列的大范圍柵瓣進(jìn)行抑制；

21、本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一款寬帶二階子陣，其工作頻段覆蓋x、ku波段，相對(duì)帶寬為47.62％，同時(shí)在該阻抗帶寬范圍內(nèi)保持了較好的輻射相位中心，輻射方向圖也較為一致；

22、本發(fā)明所設(shè)計(jì)了的一款基于開(kāi)關(guān)傳輸線式移相器，能夠?qū)崿F(xiàn)相位差±68°和0°可調(diào)，插入損耗小于1db，移相誤差保持在1°以內(nèi)；

23、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的子陣可以替代普通單元作為大間距陣列的基本陣元，可以實(shí)現(xiàn)陣元中心間距為1λ陣列的±30°無(wú)柵瓣掃描，并且能夠保持良好的增益平坦度。

技術(shù)特征：

1.一種用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1，設(shè)計(jì)40％相對(duì)帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個(gè)正交平面方向圖；包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2，對(duì)子陣輻射輻射方向圖進(jìn)行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度的影響參量，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)參量用于設(shè)計(jì)子陣方向圖，使得子陣方向圖零點(diǎn)位置需要與陣列陣因子?xùn)虐晡恢盟鶎?duì)應(yīng)，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點(diǎn)與陣因子?xùn)虐晗嗷サ窒?，包括?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3，確定能夠?qū)崿F(xiàn)0度和68度相位可調(diào)的移相器的結(jié)構(gòu)饋電網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)子陣內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)單元相位差的獨(dú)立調(diào)控，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于設(shè)計(jì)子陣方向圖的數(shù)值解析零點(diǎn)可重構(gòu)方法，方法包括：步驟1，設(shè)計(jì)40％相對(duì)帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個(gè)正交平面方向圖；步驟2，對(duì)子陣輻射輻射方向圖進(jìn)行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點(diǎn)位置和零陷深度的影響參量，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)參量用于設(shè)計(jì)子陣方向圖，使得子陣方向圖零點(diǎn)位置需要與陣列陣因子?xùn)虐晡恢盟鶎?duì)應(yīng)，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點(diǎn)與陣因子?xùn)虐晗嗷サ窒?；步驟3，確定能夠?qū)崿F(xiàn)0度和68度相位可調(diào)的移相器的結(jié)構(gòu)饋電網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)子陣內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)單元相位差的獨(dú)立調(diào)控。本申請(qǐng)可以實(shí)現(xiàn)陣元中心間距為1λ陣列的±30°無(wú)柵瓣掃描，并且能夠保持良好的增益平坦度。

技術(shù)研發(fā)人員：司軍,高鵬,王志鵬,周錦文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6