本發(fā)明屬于雷達、通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及陣面有源通道有限的相控陣天線。

背景技術(shù)：

相控陣天線通常在水平和垂直兩個方向上排列相同的天線單元組成面陣，以實現(xiàn)二維波束掃描。通過對每個輻射天線的振幅和相位激勵進行獨立控制，以便形成低副瓣和任意指向。

為了降低成本，通常希望在同樣的陣面口徑下，盡可能的減少單元數(shù)和收發(fā)組件的數(shù)量。采用子陣共用一個有源通道的陣列天線是一種可行的辦法。這種陣列可以大大減少通道數(shù)目，但選取的子陣為規(guī)則的正方形或矩形時，其子陣的相位中心就會在陣面形成矩形柵格。當(dāng)子陣的邊長即矩形柵格的間距大于1個波長時就會出現(xiàn)柵瓣。柵瓣的存在會對天線增益和系統(tǒng)指標產(chǎn)生很大影響，因此如何抑制基于子陣排列的陣列天線的柵瓣就成為一項研究課題。

目前，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對這方面進行了大量研究。研究方法主要是設(shè)計各種子陣排布方法打亂子陣相位中心的周期性，使柵瓣的能量分散開，達到抑制柵瓣的目的。目前有兩類方法，一類方法是規(guī)則子陣錯位，旋轉(zhuǎn)等方法。如gbr雷達陣列，將陣面分成8個超級子陣，每個子陣做一定角度的旋轉(zhuǎn)，并采用高增益天線單元，可實現(xiàn)-12db的柵瓣。另一種方法就是采用非規(guī)則子陣，通過打亂子陣的相位中心抑制柵瓣。r.j.mailloux等人對此種方法進行了大量的研究，但主要針對寬帶延時補償方面的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)以較少的子陣數(shù)和有源通道數(shù)達到高增益、低副瓣加權(quán)，較好的柵瓣抑制等要求，降低天線系統(tǒng)的成本，本發(fā)明提供一種基于不規(guī)則子陣排列的相控陣天線。

一種基于不規(guī)則子陣排列的相控陣天線由一百個以上的不規(guī)則子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈矩形；

所述不規(guī)則子陣由兩個以上的相控陣單元組成，所述兩個以上的相控陣單元形成矩形或l形；

所述相控陣單元為常規(guī)相控陣單元；相控陣單元的邊長介于0.5λ～0.9λ之間，λ為相控陣天線的工作波長；

相鄰不規(guī)則子陣之間為無縫連接，實現(xiàn)與常規(guī)滿陣同樣的陣面口徑效率，及-25db左右的低副瓣加權(quán)；不規(guī)則子陣的相位中心在相控陣天線中呈隨機排布，相控陣天線在±5度～±20度的掃描范圍內(nèi)掃描時不會出現(xiàn)柵瓣。

進一步限定的技術(shù)方案如下：

所述常規(guī)相控陣單元為微帶天線或金屬振子。

所述不規(guī)則子陣由兩個相控陣單元組成日字形的第一子陣，第一子陣的相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心；所述相控陣天線由一百個以上的第一子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈正方形。

所述不規(guī)則子陣由四個相控陣單元組成l形的第二子陣，第二子陣的相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心；所述相控陣天線由一百個以上的第二子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈矩形。

所述不規(guī)則子陣由八個相控陣單元組成l形的第三子陣，第三子陣的相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心；所述相控陣天線由一百個以上的第三子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈矩形。

兩個以上的相控陣天線組成相控陣天線陣列。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面：

1.本發(fā)明相控陣天線由不規(guī)則子陣規(guī)則排列組成，其相位中心在陣面稱隨機排布，因此陣列在一定的掃描范圍內(nèi)掃描時不會出現(xiàn)柵瓣。

2.不規(guī)則子陣規(guī)則排列拼接時非常便于工程實施。

3.由于不規(guī)則子陣之間的無縫拼接，可最大限度地利用陣面口徑，并很方便地實現(xiàn)低副瓣加權(quán)。

4.本發(fā)明可以較少的天線單元和子陣數(shù)達到高增益，低副瓣，較好的柵瓣抑制等要求，降低了天線系統(tǒng)的成本。

附圖說明

圖1為不規(guī)則的第一子陣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為不規(guī)則的第二子陣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為不規(guī)則的第三子陣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是由第一子陣組成的相控陣天線示意圖。

圖5是圖4所示陣面法向方向圖水平面切面圖。

圖6是圖4所示陣面法向方向圖垂直面切面圖。

圖7是圖4所示陣面水平面掃描20度角方向圖水平面切面圖。

圖8是圖4所示陣面垂直面掃描20度角方向圖垂直面切面圖。

圖9是由第二子陣組成的相控陣天線示意圖。

圖10是圖9所示陣面水平面掃描10度角方向圖水平面切面圖。

圖11是圖9所示陣面垂直面掃描10度角方向圖垂直面切面圖。

圖12是由第三子陣組成的相控陣天線示意圖。

圖13是圖12所示陣面水平面掃描5度角方向圖水平面切面圖。

圖14是圖12所示陣面垂直面掃描5度角方向圖垂直面切面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。

實施例1

參見圖1，不規(guī)則子陣由兩個相控陣單元組成，兩個相控陣單元形成日字形的第一子陣，第一子陣相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心；見圖1中各不同位置狀態(tài)的第一子陣中的黑點即為質(zhì)心。相控陣單元為常規(guī)相控陣單元，常規(guī)相控陣單元為微帶天線。

參見圖4，一種基于不規(guī)則子陣排列的相控陣天線由200個不規(guī)則的第一子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈正方形。

每個正方形柵格表示一個相控陣單元所占的面積，共400(20×20)個相控陣單元，兩種子陣用黑白兩種顏色區(qū)分，見圖4。相控陣單元間距即正方形柵格的邊長為0.7λ，λ為天線的工作波長。常規(guī)陣列設(shè)計時為保證天線在±20°范圍內(nèi)掃描時不出現(xiàn)柵瓣，單元間距應(yīng)約小于0.7λ，相控陣天線有源通道數(shù)即相控陣單元數(shù)至少約為400?，F(xiàn)在采用子陣后，兩個相控陣單元共用一個有源通道，有源通道數(shù)減少了50％。根據(jù)圖1所示的第一子陣的相位中心，對有源通道進行相位加權(quán)，可以計算出天線在±20°范圍內(nèi)掃描時的遠場方向圖。由于相控陣單元布滿整個陣面，相控陣天線不掃描時其增益與滿陣相當(dāng)。當(dāng)相控陣天線用于接收時，需要對其進行子陣級幅度加權(quán)。這里用第一子陣相位中心處的幅度權(quán)值代表該子陣的幅度權(quán)值。相位中心處的幅度權(quán)值可根據(jù)陣面理想的泰勒權(quán)值插值得到。圖5和圖6分別給出了天線不掃描時方位面和垂直面的方向圖，圖7和圖8分別給出了天線方位面掃描20度時方位面方向圖和垂直面掃描20度的垂直面方向圖。計算結(jié)果表明，相控陣天線不掃描時，波束形狀非常接近于滿陣-25db泰勒加權(quán)得到的波束形狀。當(dāng)相控陣天線掃描到20度時，柵瓣小于-15db，副瓣達-24db。

實施例2

參見圖2，不規(guī)則子陣由四個相控陣單元組成，四個相控陣單元形成l形的第二子陣，第二子陣相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心。見圖2中各不同位置狀態(tài)的第二子陣中的黑點即為質(zhì)心。相控陣單元為常規(guī)相控陣單元,常規(guī)相控陣單元為微帶天線。

一種基于不規(guī)則子陣排列的相控陣天線由80個的不規(guī)則的第二子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈矩形。

參見圖9，四個相控陣天線組成相控陣天線陣列。四個相控陣天線完全相同。每個相控陣天線共320(20*16)個相控陣單元，80個第二子陣，整個相控陣天線陣列共320個第二子陣。相控陣單元的間距為0.82λ×0.82λ，λ為天線的工作波長。常規(guī)陣列設(shè)計時為保證天線在±10°范圍內(nèi)掃描時不出現(xiàn)柵瓣，單元間距應(yīng)約小于0.82λ，天線有源通道數(shù)即天線單元數(shù)至少約為1280個?，F(xiàn)在采用子陣后，四個相控陣天線共用一個有源通道，有源通道數(shù)減少了75％。仍然采用上例所示的幅度和相位的加權(quán)方法計算此陣面的遠場方向圖。圖10和圖11分別給出了相控陣天線陣列方位面掃描10度時方位面方向圖和垂直面掃描10度的垂直面方向圖。計算結(jié)果表明，相控陣天線陣列在±10°范圍內(nèi)掃描時，柵瓣小于-18db，副瓣小于-24db。

實施例3

參見圖3，不規(guī)則子陣由八個相控陣單元組成，八個相控陣單元形成l形的第三子陣，第三子陣相位中心為其質(zhì)量均勻時的質(zhì)心，見圖3中各不同位置狀態(tài)的第三子陣中的黑點即為質(zhì)心。相控陣單元為常規(guī)相控陣單元,常規(guī)相控陣單元為金屬振子。

一種基于不規(guī)則子陣排列的相控陣天線由40個的不規(guī)則的第三子陣規(guī)則排列組成，相控陣天線的邊界呈矩形。

參見圖12，四個相控陣天線組成相控陣天線陣列。四個相控陣天線完全相同。每個相控陣天線共320(20*16)個相控陣單元，40個第三子陣，整個陣面共160個子陣。單元間距為0.89λ×0.89λ，λ為天線的工作波長。8種子陣分別用8種不同的顏色區(qū)分，如圖所示。常規(guī)陣列設(shè)計時為保證天線在±5°范圍內(nèi)掃描時不出現(xiàn)柵瓣，單元間距應(yīng)約小于0.89λ，天線有源通道數(shù)即天線單元數(shù)至少約為1280個?，F(xiàn)在采用子陣后，8個單元共用1個有源通道，有源通道數(shù)減少了87.5％。仍然采用例1所示的幅度和相位的加權(quán)方法計算此陣面的遠場方向圖。圖13和圖14分別給出了天線方位面掃描5度時方位面方向圖和垂直面掃描5度的垂直面方向圖。計算結(jié)果表明，天線在±5°范圍內(nèi)掃描時，柵瓣小于-17db，副瓣小于-24db。