基于子阵级非周期的有限扫描阵列研究
发布时间：2021-12-10 00:11
对基于子阵级非周期的有限扫描阵列进行研究,采用数值仿真和遗传算法对基于不同子阵规模的非周期阵列进行优化设计,分析4×4和2×2两种子阵规模对接收多波束应用中伴随波束方向图的影响,研究表明子阵规模过大会引起伴随波束方向图的旁瓣抬升,通过减小子阵规模可以避免该问题,论证了设计的基于2×2子阵的非周期八角阵可应用于有限视场扫描相控阵中。
【文章来源】：遥测遥控. 2020,41(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
2-Darrayfactormap多波束
2020年9月遥测遥控·7·的阵因子栅瓣抑制性能和波束分裂性能，并给出了有限扫描阵列的设计和优化过程，对有限扫描阵列的设计具有一定的指导意义。1基于4×4子阵的阵面设计根据本测控系统的工作距离和增益需求，该相控阵天线应包含约240个天线单元。为了尽量减少子阵后端的数字通道数量，应优化阵面排布使得各子阵包含尽量多的天线单元，因此，首先考虑基于44子阵规模进行阵面设计和优化。图1所示为传统周期阵列排布及其性能仿真，该阵列由44个子阵周期排布构成，每个子阵包含44个天线单元，此处选择单元间距d=2.8λ0。图1（b）所示为在正弦空间坐标系中UV平面上表示的该阵列的阵因子，可以看出，其阵因子除在UV平面的原点（u=0，v=0）（即天顶方向）处出现最大值外，还在UV平面上坐标为（mu0，nv0，mZ，nZ）点处出现最大值，其中，u0=/d，v0=/d，这些点即该周期阵列阵因子的栅瓣。由上述分析可知，当主瓣不扫描时，其阵因子最靠近主瓣的栅瓣出现在（u=±0.357，v=±0.357），对应的θ约为20.9°。图1（c）给出了所采用天线单元的方向图，可以看出该天线单元方向图的半功率波束宽度约为19°，主瓣内增益较平坦，且方向图下降沿陡峭，旁瓣电平远低于主瓣，具有良好的门限特性。此外，图1（c）还给出了该周期阵列波束扫描至（θ=8°，φ=0°）角度时v=0切面的阵因子方向图，可以看出其最靠近主瓣的栅瓣出现在（θ=12.6°，φ=0°）。上述分析表明，当主瓣扫描时，其栅瓣也随着主瓣?
·8·朱小奇等，基于子阵级非周期的有限扫描阵列研究第41卷第5期图2（c）给出了该非周期阵列波束扫描至（θ=8°，φ=0°）角度时，v=0切面的阵因子方向图。可以看出，v=0切面上阵因子的栅瓣电平被抑制到12.15dB，结合单元方向图对栅瓣的抑制，v=0切面上合成方向图的栅瓣电平减小至14.75dB。此外，在主波束扫描8°范围内，该非周期阵列在全空域内的最高旁瓣电平为12.55dB，与周期阵列相比其最高旁瓣电平改善了约9dB。本相控阵所应用的测控系统除要求该阵列具有低栅瓣性能外，还要求其具有接收多波束的能力。根据实现的层级接收多波束可以分为单元级和子阵级两类，与单元级接收多波束相比，子阵级接收多波束可以显著降低多波束形成网络的数量和复杂度，从而降低系统成本。随着集成电路技术的飞速发展，数字波束形成技术在相控阵天线领域得到广泛应用，数字接收多波束可以方便地实现波束赋形，增强相控阵天线的性能和威力。子阵级数字接收多波束是通过将子阵合成的信号进行下变频、数模转换和正交相位检波转换为数字信号，并通过数字终端对子阵级数字信号进行数字配相、合成，从而形成接收多波束。为便于表述，将子阵级信号不经过数字配相而直接合成的波束定义为中心波束，将数字配相后合成的波束定义为伴随波束。与中心波束相比，伴随波束的旁瓣通常会抬高，需详细进行评估。基于上述要求，需要考察该相控阵同时形成多个波束的性能。图3给出了该非周期阵列同时形成两个波束的仿真结果，其中图3（a）所示为当该阵列的中心波束指向（θ=7°，φ=0°）时仿真的v=0切面方向图，图3（b）所示为伴随波束指向（θ=8°，φ
【参考文献】：
期刊论文
[1]子阵非周期排布对天线栅瓣抑制的研究[J]. 马静,王乃志. 现代雷达. 2018(04)
[2]卫星监测多波束天线技术研究[J]. 蔡鸿昀,李思静,周平. 数字通信世界. 2017(08)
[3]基于同心圆环的大间距子阵级阵列栅瓣抑制[J]. 李志刚,王鹏毅. 电波科学学报. 2016(06)
[4]旋转超级子阵在车载机动式雷达天线中的设计应用[J]. 马静,刘明罡,倪迎红. 现代雷达. 2016(11)
本文编号：3531560
【文章来源】：遥测遥控. 2020,41(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
2-Darrayfactormap多波束
2020年9月遥测遥控·7·的阵因子栅瓣抑制性能和波束分裂性能，并给出了有限扫描阵列的设计和优化过程，对有限扫描阵列的设计具有一定的指导意义。1基于4×4子阵的阵面设计根据本测控系统的工作距离和增益需求，该相控阵天线应包含约240个天线单元。为了尽量减少子阵后端的数字通道数量，应优化阵面排布使得各子阵包含尽量多的天线单元，因此，首先考虑基于44子阵规模进行阵面设计和优化。图1所示为传统周期阵列排布及其性能仿真，该阵列由44个子阵周期排布构成，每个子阵包含44个天线单元，此处选择单元间距d=2.8λ0。图1（b）所示为在正弦空间坐标系中UV平面上表示的该阵列的阵因子，可以看出，其阵因子除在UV平面的原点（u=0，v=0）（即天顶方向）处出现最大值外，还在UV平面上坐标为（mu0，nv0，mZ，nZ）点处出现最大值，其中，u0=/d，v0=/d，这些点即该周期阵列阵因子的栅瓣。由上述分析可知，当主瓣不扫描时，其阵因子最靠近主瓣的栅瓣出现在（u=±0.357，v=±0.357），对应的θ约为20.9°。图1（c）给出了所采用天线单元的方向图，可以看出该天线单元方向图的半功率波束宽度约为19°，主瓣内增益较平坦，且方向图下降沿陡峭，旁瓣电平远低于主瓣，具有良好的门限特性。此外，图1（c）还给出了该周期阵列波束扫描至（θ=8°，φ=0°）角度时v=0切面的阵因子方向图，可以看出其最靠近主瓣的栅瓣出现在（θ=12.6°，φ=0°）。上述分析表明，当主瓣扫描时，其栅瓣也随着主瓣?
·8·朱小奇等，基于子阵级非周期的有限扫描阵列研究第41卷第5期图2（c）给出了该非周期阵列波束扫描至（θ=8°，φ=0°）角度时，v=0切面的阵因子方向图。可以看出，v=0切面上阵因子的栅瓣电平被抑制到12.15dB，结合单元方向图对栅瓣的抑制，v=0切面上合成方向图的栅瓣电平减小至14.75dB。此外，在主波束扫描8°范围内，该非周期阵列在全空域内的最高旁瓣电平为12.55dB，与周期阵列相比其最高旁瓣电平改善了约9dB。本相控阵所应用的测控系统除要求该阵列具有低栅瓣性能外，还要求其具有接收多波束的能力。根据实现的层级接收多波束可以分为单元级和子阵级两类，与单元级接收多波束相比，子阵级接收多波束可以显著降低多波束形成网络的数量和复杂度，从而降低系统成本。随着集成电路技术的飞速发展，数字波束形成技术在相控阵天线领域得到广泛应用，数字接收多波束可以方便地实现波束赋形，增强相控阵天线的性能和威力。子阵级数字接收多波束是通过将子阵合成的信号进行下变频、数模转换和正交相位检波转换为数字信号，并通过数字终端对子阵级数字信号进行数字配相、合成，从而形成接收多波束。为便于表述，将子阵级信号不经过数字配相而直接合成的波束定义为中心波束，将数字配相后合成的波束定义为伴随波束。与中心波束相比，伴随波束的旁瓣通常会抬高，需详细进行评估。基于上述要求，需要考察该相控阵同时形成多个波束的性能。图3给出了该非周期阵列同时形成两个波束的仿真结果，其中图3（a）所示为当该阵列的中心波束指向（θ=7°，φ=0°）时仿真的v=0切面方向图，图3（b）所示为伴随波束指向（θ=8°，φ
【参考文献】：
期刊论文
[1]子阵非周期排布对天线栅瓣抑制的研究[J]. 马静,王乃志. 现代雷达. 2018(04)
[2]卫星监测多波束天线技术研究[J]. 蔡鸿昀,李思静,周平. 数字通信世界. 2017(08)
[3]基于同心圆环的大间距子阵级阵列栅瓣抑制[J]. 李志刚,王鹏毅. 电波科学学报. 2016(06)
[4]旋转超级子阵在车载机动式雷达天线中的设计应用[J]. 马静,刘明罡,倪迎红. 现代雷达. 2016(11)
本文编号：3531560
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