[发明专利]一种收发分置平面阵相控阵雷达天线布阵及波束形成器

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种收发分置平面阵相控阵雷达天线布阵及波束形成器。 

背景技术

两维相控阵雷达天线的扫描速度快，可以在搜索的同时，实现对大空域多目标的跟踪。为了实现对目标的良好跟踪，往往要求较高的测角精度，这就需要增大阵列孔径，为了满足不产生栅瓣的条件，有源组件数也成比例地增加。大型相控阵不仅结构复杂,而且造价高昂，这严重限制了有源相控阵雷达的应用。 

天线阵列为了减小阵元间的互耦，阵元间距必须满足一定的约束(比如不小于某一给定值),但往往带来栅瓣问题，因此，常采用非均匀稀疏布阵，如文献(刘姜玲，王小谟.改进粒子群算法综合有间距约束的稀布阵列,微波学报,2010，26(5),7-10)等，通过优化算法，进行非均匀布阵，克服了栅瓣问题。稀疏布阵虽然能够降低有源组件的数量，并且保证有效天线孔径，但是，牺牲了天线阵的增益。这种阵列排布方法，通常用于频段比较低的雷达，如米波雷达、分米波雷达以及HF雷达，对于微波波段的有源相控阵雷达，很少采用。 

采用收发天线一体的子阵均匀布阵形式，可以在雷达天线孔径和增益不变的前提下，减少雷达有源组件的数量，在目前，已经用于有源相控阵雷达的设计中。但是，通常子阵间距小于1倍波长，有源组件减少有限。文献(熊子源等.基于聚类算法的最优子阵划分方法研究,电子学报，2011，39(11),2615-2621)等，在雷达接收端对大型阵列划分子阵，以减小接收所需的通道数即后续信号处理运算量，但是雷达的有源组件数没有减少。 

文献(张帅等.大型平面阵列天线辐射方向图的小阵外推计算和综合方法,计算物 理，2011，28(4),554-560)等，提出了共置天线非均匀子阵优化排布方法，但是，文中没有就电扫描情况进行讨论，仅仅给出了天线不进行电扫描情况下的天线方向图。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种收发分置平面阵相控阵雷达天线布阵及波束形成器， 

技术方案 

一种收发分置平面阵相控阵雷达天线布阵，其特征在于：发射天线阵和接收天线阵分置，且发射天线阵和接收天线阵的布阵采用子阵均匀稀疏排布的形式，每一个收发组件都与一个天线子阵直接连接；所述发射天线阵和接收天线阵中的子阵与子阵间隔大于0.5倍波长以上。 

所述发射天线子阵用微带线设计，子阵中阵元通过微带线功分器网络合成一路输出。 

所述接收天线子阵用微带线设计，子阵中阵元通过微带线功分器网络合成一路输出。 

一种利用所述收发分置平面阵相控阵雷达天线布阵的发射、接收波束形成器设计方法，其特征在于步骤如下： 

以天线阵列为垂直放置的，放置在YOZ平面，其中θ表示方位角，表示俯仰角。对于方面阵，阵元坐标为(0,kl,nl)，其中l为阵元间距，当平面波在方向r上传播，r为单位向量，其坐标在某个时间，原点和在第(m,n)个阵元接收到的信号的复包络之间的波程差为 

则相移为(2π/λ)×d_m,n

阵列流形为 

A＝(exp((j·2π/λ)×d₀),exp((j·2π/λ)×d₁),…,exp((j·2π/λ)×d_m,n))^T

收发天线二维阵列的方向图由下式给出： 

发射和接收子阵波束由微波功分合成网络产生，方向图由和表示； 

多个发射子阵，通过激励信号移相，在空间合成发射波束，可以进行方位、俯仰指定角度的电扫，方向图由表示。发射天线阵合方向图是发射子阵方向图与发射大阵方向图的乘积由下式给出： 

F_T(θ)＝F_T1(θ)·F_T2(θ) 

多个接收子阵，在接收端数字多波束形成，按照下面的公式进行波束形成，方向图由表示；接收合方向图是接收子阵方向图与接收大阵方向图的乘积 

合成接收、发射波束，对收发分置的天线的收发大阵方向图产生的栅瓣落在密布接收小阵方向图主瓣区之外，达到合方向图栅瓣降低的目的，总的方向图，是接收合方向图与发射合方向图是两个方向图的乘积 

有益效果