[发明专利]一种曲面共形圆极化相控阵天线波束合成方法

说明书

本发明公开了一种曲面共形圆极化相控阵天线波束合成算法，属于共形相控阵天线技术领域。包括：建立曲面共形阵全局坐标系和天线单元局部坐标系；获取各天线单元的全局坐标、位置矢量和极化矢量；根据天线单元位置矢量和单元局部方向图计算得到各天线单元矢量方向图；根据波束指向角和单元极化矢量计算得到各通道极化补偿相位；对曲面共形圆极化相控阵天线进行总场合成，得到阵列方向图。本发明通过对每个通道加入极化补偿相位合成最佳极化，方法简单，易于实现，计算速度快，尤其适用于圆极化共形相控阵天线，具有很高的工程应用前景，是对现有技术的一种重要改进。

技术领域

本发明涉及共形相控阵天线技术领域，特别是指一种曲面共形圆极化相控阵天线波束合成方法。

背景技术

相控阵天线作为以阵列天线为主体的电子系统，其通过特定的馈电方式，可智能地控制和调整各阵列单元的幅度和相位，从而能够极其方便地实现信号在空间的功率合成，并且完成波束赋形和无惯性、灵活扫描。

当天线阵列中各单元天线分布于电子系统平台的表面，并且与载体平台外形相吻合，便形成了共形相控阵天线。共形相控阵具有比平面相控阵更多的优点：扫描范围更大、平台空间利用率高、不影响载体的气动性能等。

在共形阵中，由于天线单元最大指向不一致以及阵面曲率影响，造成辐射单元的方向图各不相同，阵因子与单元因子难以分离；并且各个单元的极化各不相同，导致产生的严重的交叉极化分量。因此，现有技术中的平面相控阵波束合成算法已不能适用于共形相控阵天线。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种曲面共形圆极化相控阵天线波束合成方法，该方法易于实现，准确度高，具有很高的工程应用前景。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种曲面共形圆极化相控阵天线波束合成方法，其包括以下步骤：

(1)建立对应于曲面共形阵的全局坐标系以及对应于各天线单元的多个局部坐标系；

(2)获取各天线单元在全局坐标系中的位置分布、位置矢量和极化矢量；

(3)根据各天线单元在全局坐标系中的位置分布以及各天线单元的局部方向图计算得到各天线单元的矢量方向图；

(4)根据波束指向角和各天线单元的极化矢量计算得到各天线单元对应通道的极化补偿相位；

(5)对曲面共形圆极化相控阵天线进行总场合成，得到阵列方向图。

可选的，所述曲面共形阵为半径为R的球面共形阵，所述全局坐标系为以球顶为坐标原点O、令Z轴指向球顶正上方的O-XYZ坐标系；所述局部坐标系为以天线单元表面中心为坐标原点O′且Z′轴从球心沿径向指向球外的O′-X′Y′Z′坐标系，O′-X′Y′Z′坐标系的X′轴和Y′轴分别与球面矢量和重合，且O′-X′Y′Z′坐标系的X′轴和Y′轴还同时与合成天线单元圆极化的两个互相垂直的线极化方向重合。

可选的，所述球面共形阵由N条自上而下排布的环形阵列组成，第一个环形阵列与球顶的弧形间距为d，相邻的环形阵列之间的弧形间距依次为d₁、d₂、……、d_N-1；其中，自上而下的第n条环形阵列中等间距地排布有M_n个天线单元，并且自上而下各环形阵列中的1号天线单元的方位角依次为

所述各天线单元在全局坐标系中的位置分布是指各天线单元在全局坐标系下的直角坐标(X_nm,Y_nm,Z_nm)；

所述各天线单元在全局坐标系中的位置矢量是指各天线单元在全局坐标系下的球坐标

所述各天线单元在全局坐标系中的极化矢量是指各天线单元在全局坐标系下的极化方向矢量，并以合成天线单元圆极化的其中一个线极化矢量表示：