[发明专利]一种球面相控阵天线的布阵方法

说明书

本发明公开了一种球面相控阵天线的布阵方法，包括：根据天线的增益需求,确定球面相控阵天线的半径；以球心为原点建立球坐标系，给定上半球面第1圈阵元的个数P，计算对应的俯仰角；在俯仰角为的0°球面位置部署第n圈阵元；在第1圈阵元和第n圈阵元之间插入n‑2圈阵元，确定n‑2的取值；对插入的n‑2圈阵元进行俯仰角划分，确定上半球面每一圈阵元的俯仰角；在第2圈阵元到第n圈阵元中，根据任一圈阵元所对应的俯仰角，计算该圈阵元的阵元数目。本发明提供了一种球面相控阵天线的布阵方法，考虑了球面相控阵天线布阵过程中的天线增益需求和最高频点波长，兼顾了阵元在高频段的波束旁瓣性能和阵元在低频段的互耦性能，同时形态上更有利于加工生产。

技术领域

本发明涉及相控阵天线，特别是涉及一种球面相控阵天线的布阵方法。

背景技术

相控阵天线剖面低，易于与载体共形，可以快速准确地控制辐射波束的指向，已经广泛应用于雷达探测领域，同时在移动通信领域具有巨大的应用前景；为了实现宽角扫描功能，必须严格控制天线单元的间距，避免大角度扫描时出现栅瓣；必须使用宽波束的天线单元形式；需要调节天线单元的互耦特性，避免出现扫描盲点；相控阵天线有多种形式，如线阵、平面阵、圆阵、圆柱形阵列、球形阵、球面阵，以及与较为复杂的表面共形的共形阵等多种形式；其中，在实现全空域探测或全空域扫描的过程中，球面相控阵天线有着非常广泛的应用，天线的布阵将直接影响到球面相控阵天线的工作性能和准确性，对于球面相控阵天线的工作具有重大意义，但是，据目前而言，球面相控阵天线在布阵过程中，存在两个问题：一、很少考虑平均阵元间距与最高载频的波长的关系，很难兼顾阵元在高频段的波束旁瓣性能和阵元在低频段的互耦性能；阵元分布整体无规律，对加工与生产的要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种球面相控阵天线的布阵方法，充分考虑了球面相控阵天线布阵过程中的天线增益需求和最高频点波长，兼顾了阵元在高频段的波束旁瓣性能和阵元在低频段的互耦性能；同时阵元分布具有规律性，方便于采用模块化拼装方式完成天线骨架的搭建。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种球面相控阵天线的布阵方法，包括以下步骤：

S1.根据天线的增益需求G：

确定球面相控阵天线的半径R:

式中，G表示天线增益要求，λ表示天线最高频点对应的波长，λ＝c/f_max，f_max为最高频点频率，c表示电磁波传播速度；η是球面相控阵天线的天线效率；A_e表示有效的天线面积，A_e＝ηπR²；

S2.以球心为原点建立球坐标系，给定上半球面第1圈阵元的个数P，计算对应的俯仰角θ₁，使得第1圈阵元两两之间距离处于0.5λ～1.5λ之间，其中P为不小于3的整数；

S3.在俯仰角为θ_n＝0的球面位置部署第n圈阵元；

S4.在第1圈阵元和第n圈阵元之间插入n-2圈阵元，确定n-2的取值为：

n-2＝round[(R×θ₁)/λ]-1；

式中，round表示在小数第一位进行四舍五入计算；

S5.对插入的n-2圈阵元进行俯仰角划分，确定上半球面每一圈阵元的俯仰角θ₁、θ₂…θ_n，令相邻两圈阵元之间的弧度差Δθ_i＝θ_i-θ_i+1,i＝1,2,3,...,n-1，则Δθ_i需满足：