(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211065512.7 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 电子科技大 学 地址 610000 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 刘颜回　刘巍　王紫蕾　杨仕文　 胡俊　 (74)专利代理 机构 四川省成 都市天策商标专利 事务所(有限合 伙) 51213 专利代理师 罗伟 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种任意平面阵列端射波束方向性增强的 优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种任意平面阵列端射波束 方向性增强的优化设计方法， 涉及阵列天线领 域， 给出了适用于任意平面阵列的端射增强实现 方法， 进一步提高了端射平面阵列的方向性系 数。 本发明包括引入适用于任意平 面阵列的空间 相位常数修正因子； 对均匀振幅激励下的平面阵 列进行方向性系数扫描， 得到方向性系数最大时 对应的空间相位常数修正因子， 实现任意平面阵 列端射增强的相位配置； 对比普通端射阵与端射 增强阵的方向图与性能参数。 本发 明通过引入传 播常数修正常数， 实现任意平面阵列的端射增 强， 优化后阵列激励敏感度低， 本发明对任意阵 元栅格任意轮廓阵列都有优化效果， 适用范围 广。 权利要求书1页 说明书6页 附图8页 CN 115470671 A 2022.12.13 CN 115470671 A 1.一种任意平面阵列端射波束方向性增强的优化设计方法， 其特征在于包括以下步 骤： 步骤1.模型确定 根据实际阵列要求， 确定平面阵列的阵元 数目N， 阵元种类， 阵列最大孔径L； 步骤2.设置目标 设置最大辐射方向设置为阵列所在平面， 对给定的N个阵元配置等幅激励； 步骤3.参数扫描 引入空间传播常数修正因子δ， 设置平面阵列目标优化函数， 得到方向性系数最大时对 应平面阵列端射增强的相位配置条件； 步骤4.孔径扫描 判断是否得到最优波束方向性增强设计， 重复步骤3 中的参数扫描， 得到最优端射增强 的平面阵列。 2.根据权利要求1中所述的一种任意平面阵列端射波束方向性增强的优化设计方法， 其特征在于， 步骤3中包括如下分析： 步骤3中操作对 全向理想阵元， 含耦合非理想阵元均适用； 对于不同单元的平面阵列， 可以在全局坐标下分别获取每个单元的有源方向图的θ分 量， 分量， 增益的θ 分量， 以及增益的 分量； 具体可通过全波仿真等方法获取； 给定的N个平面阵元配置普通端射阵对应的等幅相位激励， 引入空间传播常数修正因 子δ， 设置平面阵列目标优化函数为最大方向性系数， 得到方向性系数最大时对应空间传播 常数修正因子 δ 数值， 此时相位配置即为该平面阵列端射增强的相位配置条件。 3.根据权利要求1中所述的一种任意平面阵列端射波束方向性增强的优化设计方法， 其特征在于， 步骤4中包括如下分析对于只给定阵列最大孔径的平面阵列， 判断是否得到最 优波束方向性增强设计， 通过改变单元间距， 单元栅格形状， 阵列轮廓形状得到不同几何排 布的平面阵列， 重复步骤3中的参数扫描， 直到得到该最大孔径下的最优端射增强的平面阵 列。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115470671 A 2一种任意平面阵列端射波束方向性增强的优化 设计方法 技术领域 [0001]本发明涉及阵列天线， 尤其是涉及一种任意平面阵列端射波束方向性增强的优化 设计方法。 背景技术 [0002]随着现代信息技术的发展， 天线/天线终端作为无线通信系统收发装置中重要的 组成部分， 其性能往往决定了整个通信系统的优劣。 在现代国防与民防应用中， 对天线性能 提出了更高的指标要求， 而在研究过程中， 学者逐渐发现单一的天线往往无法直接满足实 际通信系统应用中的较高要求， 所以研究者们将目光转向了阵列天线。 通过将相同或不同 的天线单元排列组合， 从而得到更大规模的， 更高性能的天线阵列。 天线阵列可以通过几何 排布， 大体分为直线阵列， 平面阵列， 共型阵列。 直线阵列作为最简单， 最规则的天线阵列， 同时也是平面阵列和共型阵列的组成基础， 常常通过研究直线阵列， 来得出优化或改进的 优化算法， 从而实现更高的指标参数， 再拓展延伸到平面阵列或共型阵列中， 满足实际生产 生活需求。 [0003]天线作为定向接收/发送电磁波的装置， 其方向性性能往往是研究中的一个重要 性能参数， 通常使用方向性系 数作为量化方向性性能的指标参数。 方向性系 数反映了电磁 波在空间内传播的集中程度， 方向性系数是表征天线辐射的能量在空间分布的集中能力的 量， 定义为相同辐射功 率情况下， 天线在给定方向的辐射 强度与平均辐射 强度之比。 由于辐 射强度正比于电场强度的平方， 因此方向性系数也可以定义为给定方向电场强度 平方与平 均电场强度平方之比。 对于接 收天线而言， 方向性系 数是表征天线从空间接 收电磁能量的 能力， 发射 天线的方向性系数与接收天线的方向性系数虽然含义不同， 但是数值相同， 常常 用分贝数表示， 有时又称为方向增益。 [0004]阵列天线的分析是从阵元总数， 阵元空间分布， 各 阵元的激励幅度分布和阵元的 激励相位分布 四方面展开的。 而阵列天线的综合或设计， 则是通过给定预期的辐 射特性及 要求， 通过改变上面四项参数， 从而实现满足预期或最优的设计参数。 在阵列天线中， 直线 阵列作为平面阵列乃至共形阵列的基础， 其性能指标也影响了空间天线阵列的参数， 直线 阵列通常由最大辐射方向分为侧射阵， 端射阵和相控阵。 在相同阵元数目的条件 下， 端射阵 列通过聚焦主瓣宽度， 从而实现比侧 射阵更高的方向性系 数， 相同排布方式下端射阵列方 向性系数为侧射阵列的2倍， 所以， 研究任意阵列端射情况 下的综合方法意 义重大。 [0005]早在1938年， 汉森和伍德亚德就针对均匀间隔直线阵列提出了增强型端射阵的实 现方法， 即在普通端射阵列的均匀 递变相位基础上再附加 一个均匀 递变的滞后相位， 在普 通端射阵列的基础上， 进一步通过减小主瓣宽度， 从而提高阵列的方向性系数， 这种条件称 为汉森伍德亚德条件， 这种 条件称为汉森伍德亚德条件， 但汉森伍德亚德条件仅适用于均 匀间隔直线阵列， 在实际生产生活应用中， 均匀间隔直线阵列由于其空间自由度过低， 导致 常常无法满足参数要求， 所以需要研究一种适用于任意直线/平面阵列的端射波束方向性 增强优化方法。说　明　书 1/6 页 3 CN 115470671 A 3