本申請涉及于微波天線，特別涉及一種用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法。

背景技術：

1、大間距陣列是降低波束掃描陣列成本的關鍵途徑之一，它通過增加陣元間距(通常大于半個波長)來減少同一口徑下陣列的有源單元數(shù)量，從而節(jié)約與天線陣面所連接的收發(fā)組件。大間距陣列這種設計不僅帶來了優(yōu)勢，也同時具有很多缺點。

2、具體來說，它的優(yōu)勢包括以下幾個方面：首先，減少的陣元數(shù)量使得陣面更加輕薄。其次，在制造方面大間距陣列比常規(guī)天線陣列要簡單，易于加工和組裝，并且能夠顯著降低制造成本。另外，較少使用了射頻通道有助于散熱和節(jié)約能耗。但是它最大的缺陷在于過大陣元間距導致的掃描柵瓣問題。因此關于大間距陣列中合理地抑制柵瓣有很大的研究意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法，可用于解決大間距陣列中合理地抑制柵瓣的技術問題。

2、本申請?zhí)峁┮环N用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法，方法包括：

3、步驟1，設計40％相對帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個正交平面方向圖；

4、步驟2，對子陣輻射輻射方向圖進行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點位置和零陷深度的影響參量，調節(jié)對應參量用于設計子陣方向圖，使得子陣方向圖零點位置需要與陣列陣因子柵瓣位置所對應，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點與陣因子柵瓣相互抵消；

5、步驟3，確定能夠實現(xiàn)0度和68度相位可調的移相器的結構饋電網(wǎng)絡，用于對子陣內實現(xiàn)對兩個單元相位差的獨立調控

6、進一步地，步驟1，設計40％相對帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個正交平面方向圖；包括：

7、確定一種堆疊寬帶天線單元，包括單元8和單元9組成的一個二階子陣，為五層堆疊式微帶貼片結構；從上至下依次為：寄生貼片層、輻射貼片層、彎折探針饋電層、金屬地板、饋電網(wǎng)絡；

8、采用介質板材料為f4bm-2，相對介電常數(shù)：2.56，損耗角正切為0.002，天線單元通過接在金屬地板上的同軸接口7輸入的電信號進行饋電，并且通過加載在后三層介質層的彎折金屬探針將能量傳遞到輻射貼片層，再將能量耦合到上層的寄生貼片。

9、進一步地，步驟2，對子陣輻射輻射方向圖進行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點位置和零陷深度的影響參量，調節(jié)對應參量用于設計子陣方向圖，使得子陣方向圖零點位置需要與陣列陣因子柵瓣位置所對應，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點與陣因子柵瓣相互抵消，包括：

10、子陣在yoz面的輻射方向圖表示為：

11、其中為子陣輻射方向圖，dsub為子陣內部的單元間距，dfb為子陣內部的單元之間的相位差，m為子陣階數(shù)；

12、推導得出子陣方向圖零點的位置如下：其中i表示以為第i個零點位置；

13、由此確定零點位置與子陣內單元間距和子陣內單元相位相關，對子陣內單元間距和子陣內單元相位的自由度進行數(shù)值分析調節(jié)子陣方向圖零點位置和零陷深度；

14、首先調控子陣內單元間距調節(jié)子陣方向圖零點位置和零陷深度：子陣內單元間距的變動范圍在0.46λ到0.70λ之間，零陷深度隨著子陣內單元間距增加而增大，從而柵瓣抑制效果越來越顯著；隨著陣內單元間距進一步增大后，子陣方向圖副瓣逐漸顯現(xiàn)，因此柵瓣抑制效果被進一步削弱；選擇0.6λ作為子陣內單元間距；

15、然后調控子陣內單元相位差調節(jié)子陣方向圖零點位置和零陷深度：當兩個單元相位差為0度時，形成第一個零點區(qū)域，此時零點區(qū)域位于-90°～-47.83°區(qū)域以及對稱的+47.83°～+90°區(qū)域；當兩個單元相位差為68度時，形成了另外一個零點區(qū)域，此時零點區(qū)域位于-47.83°～-30°區(qū)域；零陷深度為-10db。

16、進一步地，步驟3，確定能夠實現(xiàn)0度和68度相位可調的移相器的結構饋電網(wǎng)絡，用于對子陣內實現(xiàn)對兩個單元相位差的獨立調控，包括：

17、加載pin二極管的開關傳輸線式移相器為子陣內部兩個單元提供相位差；

18、移相器包括一個一分二等分功分器和四段相位延遲傳輸線；每一段延遲線上加載了兩個pin二極管，通過調節(jié)pin二極管的不同通斷模式來控制不同的相移信號輸出。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明提供了一種用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法，推導了子陣方向圖零點解析理論公式，對零點位置和零陷深度的變量進行了數(shù)值分析。最終子陣方向圖零點可以覆蓋120°，零陷深度為-10db，根據(jù)方向圖乘積定理，能夠對寬帶大間距陣列的大范圍柵瓣進行抑制；

21、本發(fā)明還設計了一款寬帶二階子陣，其工作頻段覆蓋x、ku波段，相對帶寬為47.62％，同時在該阻抗帶寬范圍內保持了較好的輻射相位中心，輻射方向圖也較為一致；

22、本發(fā)明所設計了的一款基于開關傳輸線式移相器，能夠實現(xiàn)相位差±68°和0°可調，插入損耗小于1db，移相誤差保持在1°以內；

23、本發(fā)明所設計的子陣可以替代普通單元作為大間距陣列的基本陣元，可以實現(xiàn)陣元中心間距為1λ陣列的±30°無柵瓣掃描，并且能夠保持良好的增益平坦度。

技術特征：

1.一種用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1，設計40％相對帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個正交平面方向圖；包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2，對子陣輻射輻射方向圖進行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點位置和零陷深度的影響參量，調節(jié)對應參量用于設計子陣方向圖，使得子陣方向圖零點位置需要與陣列陣因子柵瓣位置所對應，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點與陣因子柵瓣相互抵消，包括：

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3，確定能夠實現(xiàn)0度和68度相位可調的移相器的結構饋電網(wǎng)絡，用于對子陣內實現(xiàn)對兩個單元相位差的獨立調控，包括：

技術總結
本申請?zhí)峁┮环N用于設計子陣方向圖的數(shù)值解析零點可重構方法，方法包括：步驟1，設計40％相對帶寬子陣，分別提取最高頻率、中心頻率、最低頻段的兩個正交平面方向圖；步驟2，對子陣輻射輻射方向圖進行數(shù)值解析分析，提取方向圖零點位置和零陷深度的影響參量，調節(jié)對應參量用于設計子陣方向圖，使得子陣方向圖零點位置需要與陣列陣因子柵瓣位置所對應，并且零陷深度能夠使得子陣方向圖零點與陣因子柵瓣相互抵消；步驟3，確定能夠實現(xiàn)0度和68度相位可調的移相器的結構饋電網(wǎng)絡，用于對子陣內實現(xiàn)對兩個單元相位差的獨立調控。本申請可以實現(xiàn)陣元中心間距為1λ陣列的±30°無柵瓣掃描，并且能夠保持良好的增益平坦度。

技術研發(fā)人員：司軍,高鵬,王志鵬,周錦文
受保護的技術使用者：中國船舶集團有限公司第七二三研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6