非周期陣列形式研究

3.2 子陣級(jí)非周期化陣列形式

在實(shí)際的工程應(yīng)用中天線陣面口徑往往很大，單元數(shù)目上萬，單元級(jí)非周期陣雖然能獲得比較優(yōu)良的波瓣性能，但會(huì)增大陣面的制造和加工難度，并使陣面的其他部分例如波控和饋電方式的實(shí)現(xiàn)變得極其復(fù)雜。故研究適應(yīng)于大型陣列的非周期陣列形式具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值。

提出了徑向等間距排列的非周期環(huán)柵陣的形式，如圖4所示。由于采用三種不同種類的扇形插箱，結(jié)構(gòu)安裝比較方便，便于工程上實(shí)現(xiàn)。

Mark L.Goldstein,Palm Bay,FL等人研究了非周期子陣柵格組成的非周期陣列，如圖5所示。這種非周期陣列形式在子陣級(jí)和單元級(jí)都打亂了可能造成高電平柵瓣的陣列周期性，使法向和掃描時(shí)候的柵瓣和副瓣都能保持在比較滿意的電平高度。

圖4 環(huán)柵陣 圖5 非周期子陣柵格

劃分非均勻鄰接子陣是子陣級(jí)非周期期化的另外一種形式。這種非周期陣列自適應(yīng)方向圖雖然沒有柵瓣但是存在主瓣附近的副瓣電平較高的問題。

本文在深入分析了以上幾種子陣級(jí)非周期陣列形式的基礎(chǔ)上研究了由扇形子陣組成的非周期圓陣、子陣中心位置非周期排列的矩形陣、旋轉(zhuǎn)超級(jí)子陣形成的非周期陣列（類似于美國的GBR-P天線陣面）幾種形式，并給出了相應(yīng)的陣面排布和仿真波瓣圖。

3.2.1 由扇形子陣組成的非周期圓陣

采用扇形子陣組成的非周期圓陣是將整個(gè)陣面劃分一定數(shù)目的扇形子陣，子陣大小可以相等也可以不等，相鄰子陣間具有一定的間隔，但是間隔大小不相同，形成了整個(gè)陣列的非周期性。針對這種非周期陣形式，本文給出了仿真實(shí)例：整個(gè)陣面在徑向劃分為22個(gè)圓環(huán)，同時(shí)沿圓周方向?qū)㈥嚵蟹指顬?個(gè)子陣，陣列法向波瓣圖如下所示：

圖6 扇形子陣組成的非周期圓陣

圖7 法向時(shí)波瓣圖

如果采用優(yōu)化算法對扇形子陣間的間距大小及子陣大小進(jìn)行優(yōu)化，副瓣和柵瓣電平可能降的更低。

3.2.2 子陣中心位置非周期排列的矩形陣

Toyama設(shè)計(jì)了由16子陣組成的用于小型移動(dòng)地球站的非周期陣，并利用最速下降法對各個(gè)子陣位置進(jìn)行了優(yōu)化。作者又在文獻(xiàn)中利用遺傳算法和模擬退火算法對此非周期陣進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明對柵瓣具有一定得壓制作用。但是文獻(xiàn)中都只是表明在陣列對角線方向獲得了良好的波瓣性能，并未反映出主平面和全空域波瓣性能最優(yōu)結(jié)果可能只在對角線方向獲得，因?yàn)樽畲蟮母卑昊蛘邧虐瓴灰欢ǔ霈F(xiàn)在這個(gè)方向。本文利用改進(jìn)的遺傳算法和粒子群算法相結(jié)合對子陣中心位置進(jìn)行優(yōu)化，獲得了較為滿意的結(jié)果，仿真結(jié)果如下所示：

圖8 陣面排布

子陣規(guī)模大小為20*20時(shí)波瓣性能如下所示：

圖9 法向時(shí)波瓣圖

圖10 掃描30度的方向圖

由于陣列的非周期化，原來優(yōu)異的低副瓣加權(quán)失效，使主瓣附近的副瓣抬高，可以考慮把加權(quán)與子陣位置進(jìn)行同時(shí)優(yōu)化，可能能夠獲得比較好的波瓣性能。此外增大子陣尺寸時(shí)副瓣性能有一定的改善。