[发明专利]切比雪夫微带阵列天线的设计方法

说明书

本发明涉及一种切比雪夫微带阵列天线的设计方法，其特征在于，包括：模型参数包括：微带天线的宽度参数W，长度参数L，以及厚度参数h；首先设定介电常数以及厚度参数h的合理范围，并根据实际情况分析这些参数在范围内的分布概率情况；然后获得足够多组的数据，将获得的数据在数据分析软件中对宽度偏差以及长度偏差进行数据分析；最后再通过数据拟合的方式获得偏差的数学模型。上述切比雪夫微带阵列天线的设计方法，通过本发明的设计数据分析，多元理想切比雪夫天线串馈微带阵列天线，在利用理想数据设计成工程样机时，由于加工工艺带来的误差以及板材参数的随机性，导致天线参数的恶化。

技术领域

本发明涉及切比雪夫微带阵列天线，特别是涉及切比雪夫微带阵列天线的设计方法。

背景技术

道尔夫-切比雪夫(Dolph-Chebyshev)多项式阵列天线是用相当幂次的道尔夫切比雪夫多项式来匹配傅里叶多项式，使之生成所有副瓣电平等于指定电平(SLL)的最优幅度分布。其特点是：若给定比值R(即指定副瓣电平)，则第一零点的波束宽度为最窄；若给定波束宽度，则比值R为最大(即副瓣电平最低)；即有最优的副瓣电平和波束宽度设计。由于该特点的给设计者带来方便，因而目前阵列天线一般采用道尔夫切比雪夫多项式设计。

微带天线由于体积小、重量轻、介电常数高、易于批量生产等优点而受到设计者的青睐。在目前微带天线的研究中，已有学者针对天线带宽、增益和回波损耗等天线设计指标对天线采用优化算法进行优化设计。然而现在的毫米波微带天线一般可以工作在几十GHz到100GHz之间，有的甚至可以工作在140GHz。随着频率越高，波长越短，趋肤效应显著，板材参数(如介电常数等)以及加工误差等因素给天线设计者在设计时带来更大的困难。尤其是高频板材的关键参数的测试条件一般都是10GHz，在更高频率其参数并没有明确定义，随着频率到77GHz或更高时，介电常数细微的差异会造成理论设计结果与实际测试结果之间存在较大差异，如副瓣电平、增益等关键参数。因为各单元的电流比与各单元的阻抗比值相关，而单元阻抗值与宽度W和介电常数ε_r相关，同时宽度W与相对介电常数ε_r也相关。因此，宽度W和相对介电常数ε_r的偏差会导致各单元电流比的偏差，从而导致天线阵列的波束宽度、增益、副瓣电平等参数的理论设计值与实际的偏差。

上述分析中，无论是频率的偏差，还是增益、波束宽度、副瓣电平的偏差，都会恶化天线的实际值，因此在设计中需要考虑这些因素，但是因这些因素的不可测量性，所以不能定量的分析。在此情况下，天线设计者需要进行多次设计，不断进行调试调整，以达到最初设计目标。尽管如此，因这些参数的不确定性，在进行批量生产时的不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种切比雪夫微带阵列天线的设计方法，对板材参数和加工误差进行补偿，来修正理论设计结果，使之理论仿真结果与实际基本相符，从而减少因为多次重复设计引起的时间以及资本的浪费。

一种切比雪夫微带阵列天线的设计方法，包括：

模型参数包括：微带天线的宽度参数W，长度参数L，以及厚度参数h；首先设定介电常数以及厚度参数h的合理范围，并根据实际情况分析这些参数在范围内的分布概率情况；然后获得足够多组的数据，将获得的数据在数据分析软件中对宽度偏差以及长度偏差进行数据分析；最后再通过数据拟合的方式获得偏差的数学模型；

以厚度参数h为变量并以介电常数为定值来分析宽度或者长度的偏差变化情况；根据偏差变化情况，分析厚度参数的影响程度；

基于模型分析的结果，对相关参数进行加权优化；分析发现长度参数L和宽度参数W对天线频偏的影响很大，而厚度参数则没有那么大的影响；

其中宽度W和长度L与厚度h的分析方法是一样的；其中宽度参数和长度参数的优化，同样通过采集大量数据进行数据拟合的方式获得偏差的数学模型；对于阵列天线，相关参数的优化还要考虑多个阵元的同时优化；