[发明专利]阵列天线方向图合成方法、系统、天线设计及测量方法

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种阵列天线方向图合成方法、系统、天线设计及测量方法，所述阵列天线方向图合成方法通过使用测量或仿真得到的馈电结构的S参数矩阵以及天线阵列的S参数矩阵，对激励天线的幅度相位进行修正，得到更接近实际的天线阵列方向图。本发明可以在天线设计或天线测量中得到应用，在天线设计中，将天线与馈电结构的仿真分开，在降低仿真复杂度的同时获得的结果相对直接使用理想幅度相位激励天线的方法要准确。在天线测量中，将天线整体测量拆分成馈电结构测量与天线单元测量两步，在避免了大规模阵列在测量方向图时可能会遇到的馈电结构搭设等问题的同时对结果准确性没有明显影响。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种阵列天线方向图合成方法、系统、天线设计及测量方法。

背景技术

天线阵列方向图是阵列天线的重要性能指标，用于表征阵列天线的辐射性能，是天线的重要指标之一。

对于如何仿真或测量得到阵列天线的方向图，主要方法有：

(1)使用固定结构的馈电网络，给予天线固定幅度相位的激励，直接得到天线整体性能，从而得到天线在某个状态的方向图特性，这种方法简单直接但缺乏灵活性，虽然可以使用巴特勒矩阵等矩阵结构馈电来增加可控范围，但仍然难以兼顾多种情况。

(2)使用可调的馈电网络，通过数字可调移相器、物理可调移相器或衰减器等元件控制各个天线单元激励的幅度和相位，得到不同状态时的天线方向图结果，这种方法灵活可控但是难以准确仿真，且会带来额外成本。

(3)使用天线单元方向图合成技术，通过阵列天线中各个单元单独激励时的天线方向图，加以后期给与的幅度相位信息，将各个单元的方向图合成，得到阵列天线在各个扫描角的方向图，这种方法得到的结果基于理论，不通过整体测试也能有很高的准确度。

但目前这种方法在使用时所用来合成的馈电幅度相位信息往往来源于理想的馈电网络结构，即通道间完全隔离，且完全匹配的网络，而在实际使用或测试时，普遍存在的通道间的耦合与通道本身的不匹配，必然使得天线与馈电结构级联后，天线各个单元的实际馈电幅度相位与仅由馈电结构仿真或测试得到的理论值不同，所以，由传统的天线单元方向图合成方法得到的结果并不完全准确。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有方法可以用于得到阵列天线方向图，但是存在使用固定结构的馈电网络在设计与测试时过于死板，难以应用于二维相控阵天线等拥有大量不同工作状态的天线。

(2)现有方法可以用于得到阵列天线方向图，但是存在使用可调结构的馈电网络很难在设计时将馈电结构与天线结构联系在一起。

(3)传统的天线单元方向图合成方法由于没有考虑实际使用时的馈电结构，比如，没有考虑馈电网络各端口间的互耦，馈电网络输入输出各端口的反射等实际情况，难以得到更准确结果。

解决以上问题及缺陷的难度为：天线方向图是用以表征阵列天线辐射性能的重要指标，可以直接指出天线可以实现的功能与性能。阵列天线如今得到了广泛应用，降低其设计与测试难度并同时保证精度是一个重要的问题。使用阵列单元方向图合成方法可以显著降低设计与测试难度，但如何将实际使用环境中的馈电网络因素准确地纳入考虑是问题的难点。

解决以上问题及缺陷的意义为：解决上述技术问题后可以为阵列天线的设计与测量提供一种易于使用并高精度的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种阵列天线方向图合成方法、系统、天线设计及测量方法。

本发明是这样实现的，一种阵列天线方向图合成方法，所述阵列天线方向图合成方法包括：

通过对目标天线阵列模型进行仿真或对已加工天线实物进行测试，得到天线阵列的S参数矩阵以及单元远电场方向图；