[发明专利]一种收发共阵面有限扫描天线阵及设计方法

说明书

本发明公开一种收发共阵面有限扫描天线阵及设计方法，包括接收天线阵和发射天线阵，所述接收天线阵包括若干接收大子阵模块和若干接收小子阵模块，所述发射天线阵包括若干发射子阵模块，所述接收大子阵模块环形排列在所述发射子阵模块外侧，所述接收小子阵模块设置在所述接收大子阵模块和所述发射子阵模块之间；本发明通过三种模块组成的全阵面，降低阵面布局的优化设计复杂度，也保留了一定的优化设计空间，同时也降低了工程设计实现难度。

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种收发共阵面有限扫描天线阵及设计方法。

背景技术

相控阵天线的波束扫描由计算机控制，能够灵活迅速地改变波束指向和波束形状。天线波束在空间的扫描几乎是无惯性的，这使得采用相控阵天线体制的雷达系统可以完成对多达数百批目标实施搜索、跟踪、编码、识别和分类的多任务功能。因此，相控阵天线获得了越来越广泛的应用。

随着大型二维固态有源相控阵天线的研制，发现T/R组件占整个造价成本的70％～80％，因此，在确保天线辐射性能的前提条件下，尽可能的减少T/R组件的数量，工程意义重大。有限扫描天线阵通过增大天线单元间距(一般大于一个波长)，在保持天线阵口径面积一定的条件下，可以显著减少天线单元数及相应的T/R组件数。为抑制由单元间距大于一个波长所引起的栅瓣，有限扫描天线阵通常采用天线子阵或者高增益单元来代替常规天线单元，在保留对限定区域的电扫描能力的同时，不仅可以降低系统成本，还可以减小系统功耗，简化系统结构设计。同时，有限扫描天线阵配合以机械扫描，先机械定点至某个区域的中心，再通过两维有限电扫描实现该区域的波束覆盖，可以扩展有限扫描天线阵的工作范围至多个不同区域。综合上述原因，有限扫描天线阵得到了广泛的研究和应用。

针对一些应用场景，例如弹道测量，接收天线阵与发射天线阵需要同时工作。这时，通常有两种设计方案。一种是收发共用一副天线阵面，利用双工器来隔离接收信号与发射信号。这种设计整个天线阵面结构紧凑，集成度高，但是天线阵需要进行宽带设计(或共口径设计)，以覆盖接收频段与发射频段，设计难度大。同时，由于接收与发射有源通道集成在一起，对系统的热设计和电磁兼容设计也提出很大的挑战，结构设计也较为复杂。另一种设计方案是接收天线阵与发射天线阵分为两个阵面，这大大降低了系统的电讯与结构设计难度，但两个阵面占用更多的空间，不适合应用于承载平台空间有限和对系统有灵活机动需求的场合。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种收发共阵面有限扫描天线阵，包括接收天线阵和发射天线阵，所述接收天线阵包括若干接收大子阵模块和若干接收小子阵模块，所述发射天线阵包括若干发射子阵模块，所述接收大子阵模块环形排列在所述发射子阵模块外侧，所述接收小子阵模块设置在所述接收大子阵模块和所述发射子阵模块之间。

较佳的，所述接收大子阵模块、所述接收小子阵模块和所述发射子阵模块均呈对称结构排列。

较佳的，所述接收大子阵模块、所述接收小子阵模块和所述发射子阵模块均设置为矩形阵面。所述接收小子阵模块和所述发射子阵模块的阵面尺寸相同。

较佳的，所述接收小子阵模块的阵面长边尺寸和所述接收大子阵模块的阵面长边尺寸之比为m∶n，所述接收小子阵模块的阵面宽边尺寸和所述接收大子阵模块的阵面宽边尺寸之比为m∶n，其中m＜n。

较佳的，一种所述收发共阵面有限扫描天线阵的设计方法，包括步骤：

S1，设置所述发射天线阵和初始接收天线阵，所述初始接收天线阵包括若干所述接收大子阵模块，所述发射天线阵包括若干发射子阵模块，计算所述发射天线阵和所述初始接收天线阵的方向图；