本發(fā)明屬于陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型陣列天線快速計(jì)算方法。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。遠(yuǎn)場方向圖(后稱方向圖)作為相控陣天線(亦稱天線陣)的一項(xiàng)重要參數(shù)，通常在設(shè)計(jì)時(shí)須獲得大量的方向圖數(shù)據(jù)作為評(píng)判陣列天線性能優(yōu)劣的依據(jù)。然而隨著天線陣規(guī)模不斷擴(kuò)大，天線通道數(shù)不斷增多，天線陣方向圖計(jì)算量變得巨大，導(dǎo)致天線陣設(shè)計(jì)周期拉長，并且在一些規(guī)模特別大的陣列天線設(shè)計(jì)時(shí)無法獲得天線陣方向圖的全部信息，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)上的失誤。

已經(jīng)有很多學(xué)者做了解決陣列天線方向圖快速計(jì)算方法的研究，如計(jì)算直線陣方向圖的快速傅里葉變換方法，計(jì)算平面陣列天線方向圖的快速傅里葉變換方法等。此類快速計(jì)算方法多依托于快速傅里葉變換，運(yùn)用快速傅里葉變換有很強(qiáng)的限制性，如天線單元等間距要求，并且計(jì)算時(shí)需要很好的數(shù)學(xué)功底與對(duì)傅里葉變換的理解，受眾面比較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大型有源相控陣天線方向圖快速計(jì)算方法，以解決大型有源陣列天線方向圖計(jì)算量巨大而無法獲得其全部信息的問題。

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

一種大型有源相控陣天線方向圖快速計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)工程需要確定組成天線陣的基本模塊；

步驟2：根據(jù)基本模塊的尺寸計(jì)算模塊在天線陣中的安裝位置；

步驟3：計(jì)算基本模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的陣因子方向圖與基本模塊的方向圖；

步驟4：將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣的方向圖。

在步驟1中，所述基本模塊邊界形狀可為正方形或者矩形或其他規(guī)則形狀，其物理尺寸選取方便安裝操作的大小，其中包含的天線單元個(gè)數(shù)根據(jù)工作頻段確定。

在步驟4中，陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加是指：將各自方向圖進(jìn)行復(fù)數(shù)域相乘或者分貝域相加。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：根據(jù)工程需要確定天線陣的基本模塊，此操作有利于天線陣的加工與安裝，提高工程實(shí)施效率；將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣，此操作大大減小了傳統(tǒng)各天線單元疊加計(jì)算方法的計(jì)算量，計(jì)算量縮小與基本模塊中包含的天線單元數(shù)量成反比，很大程度提高了天線方向圖計(jì)算效率，有利于掌握天線陣方向圖的全部利息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大型有源相控陣天線方向圖快速計(jì)算方法流程圖；

圖2為子坐標(biāo)系下基本模塊示意圖；

圖3為母坐標(biāo)系下基本模塊安裝位置示意圖；

圖4為天線陣方位面法向波束方向圖；

圖5為天線陣俯仰面法向波束方向圖；

圖6為天線陣方位面掃描波束方向圖；

圖7為天線陣俯仰面掃描波束方向圖。

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。

一種大型有源陣列天線方向圖快速計(jì)算方法，如圖1所示：首先，根據(jù)工程需要確定組成天線陣的基本模塊；其次，根據(jù)基本模塊的尺寸計(jì)算模塊在天線陣中的安裝位置；再次，計(jì)算基本模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的陣因子方向圖與基本模塊的方向圖；最后，將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣的方向圖。

具體應(yīng)用方法如下：

根據(jù)工程需要確定組成天線陣的基本模塊。在實(shí)際工程應(yīng)用中，天線陣中各天線單元單獨(dú)生產(chǎn)加工費(fèi)工費(fèi)料，而且不利于天線陣的安裝。為了方便天線陣的加工與安裝，通常將天線陣分成若干基本模塊?；灸K是包含若干天線單元的天線小陣，其邊界形狀較為規(guī)則的，便于加工與安裝。根據(jù)天線陣的整體情況與實(shí)際加工需要通?；灸K的邊界形狀可為正方形或者矩形或其他規(guī)則形狀，其物理尺寸一般選取方便安裝操作的大小，如30公分乘30公分。其中包含的天線單元個(gè)數(shù)根據(jù)工作頻段確定，如基本模塊大小為30公分乘30公分時(shí)，低頻c波段可能包含8乘8個(gè)單元，而高頻x波段則可能包含16乘16個(gè)單元。

根據(jù)基本模塊的尺寸計(jì)算模塊在天線陣中的安裝位置。確定了基本模塊的大小后，需要根據(jù)天線陣的實(shí)際情況計(jì)算基本模塊的安裝位置，安裝位置即對(duì)應(yīng)天線陣所在母坐標(biāo)系中基本模塊安裝點(diǎn)的坐標(biāo)值，通常以基本模塊的物理中心作為其所在子坐標(biāo)系的原點(diǎn)，安裝時(shí)，以基本模塊物理中心位置對(duì)準(zhǔn)安裝位置進(jìn)行安裝。

分別計(jì)算基本模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的陣因子方向圖與基本模塊的方向圖。由上一步確定了天線陣母坐標(biāo)系下基本模塊的安裝位置可計(jì)算天線陣的陣因子方向圖；基本模塊在子坐標(biāo)系下，可根據(jù)其中天線單元的分布提取各天線單元在子坐標(biāo)系下的物理位置，此物理位置即對(duì)應(yīng)天線單元物理中心的坐標(biāo)值，由天線單元的坐標(biāo)可計(jì)算基本模塊在子坐標(biāo)系下的方向圖。

將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣的方向圖。計(jì)算得到的天線陣因子方向圖與基本模塊方向圖可以疊加，此操作無需進(jìn)行母坐標(biāo)系與子坐標(biāo)系的統(tǒng)一，只需將各自方向圖進(jìn)行復(fù)數(shù)域相乘或者分貝域相加即可。

實(shí)施例1

參見圖2，在平面子坐標(biāo)系內(nèi)按方形柵格排布的一個(gè)工作在某波段基本模塊，天線橫坐標(biāo)方向單元間距為0.5個(gè)波長，縱坐標(biāo)方向單元間距為0.5個(gè)波長，模塊由8乘8個(gè)天線單元組成。圖中邊框即為基本模塊物理邊界，框中64個(gè)點(diǎn)表示模塊中各天線單元中心坐標(biāo)。

參見圖3，在平面母坐標(biāo)系內(nèi)有一個(gè)平面陣，其由32乘32個(gè)基本模塊平移演變而來，陣中每一個(gè)方框代表一個(gè)基本模塊，框中的點(diǎn)表示基本模塊的安裝位置。由此可知天線陣中共有65536個(gè)天線單元，各天線單元均由有源組件饋電。

參見圖4～7，基本模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的陣因子方向圖與基本模塊的方向圖后將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣的方向圖。圖4為天線陣方位面法向波束方向圖，圖5天線陣俯仰面法向波束方向圖，圖6為天線陣方位面掃描波束方向圖，圖7為天線陣俯仰面法向波束方向圖。

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)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型陣列天線快速計(jì)算方法，包括如下步驟：根據(jù)工程需要確定組成天線陣的基本模塊，此操作有利于天線陣的加工與安裝，提高工程實(shí)施效率；根據(jù)基本模塊的尺寸計(jì)算模塊在天線陣中的安裝位置；計(jì)算基本模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的陣因子方向圖與基本模塊的方向圖；將陣因子方向圖與基本模塊方向圖疊加即得到天線陣的方向圖。此操作大大減小了傳統(tǒng)各天線單元疊加計(jì)算方法的計(jì)算量，計(jì)算量縮小與基本模塊中包含的天線單元數(shù)量成反比，很大程度提高了天線方向圖計(jì)算效率，有利于掌握天線陣方向圖的全部利息。

技術(shù)研發(fā)人員：孫立春;侯田;楊誠;張洪濤;汪偉;金謀平;魯加國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.13
技術(shù)公布日：2017.07.21