(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110113429.1 (22)申请日 2021.01.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112952402 A (43)申请公布日 2021.06.11 (73)专利权人 北京遥测技 术研究所 地址 100076 北京市丰台区北京市9 200信 箱74分箱 专利权人 航天长征火箭 技术有限公司 (72)发明人 朱小奇　赵波　陈剑　史永康　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 刘秀祥 (51)Int.Cl. H01Q 21/00(2006.01) G06F 30/27(2020.01) (56)对比文件 CN 102104196 A,201 1.06.22CN 109273866 A,2019.01.25 CN 103985970 A,2014.08.13 CN 106911010 A,2017.0 6.30 JP 2009246748 A,20 09.10.22 CN 105655723 A,2016.0 6.08 Timothy J. Brocket t.Subarray Design Diagnostics for the Sup pression of Undesirable Grati ng Lobes. 《 IE EE Transacti ons on Antennas and Propa gation ( Volume: 60, Issue: 3, Marc h 2012)》 .2011,全文. 桂文静.大间距相控阵天线栅 瓣抑制技 术研 究. 《微波学报 》 .2020,全 文. 杨功清.错位子阵波 束形成与优化设计. 《现 代雷达 》 .2019,全 文. 马静.子阵非周期排布对天线栅 瓣抑制的研 究. 《现代雷达 》 .2018,全 文. 审查员 薛宝森 (54)发明名称 一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天 线及设计方法 (57)摘要 一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天 线， 选择均匀分布4 ×4单元构成基本子阵， 并选 择将2×2个基本子阵进一步构成模块， 模块内子 阵的排布规则为子阵相互错位， 共包含2种互为 镜像的错位排布规则， 进而形成2种互为镜像的 模块。 所述的2种模块构成模块库， 在模块库中随 机选择合适的模块拼接成天线阵列， 并采用遗传 算法对选 取的模块类型进行优化， 从而可以显著 改善栅瓣抑制能力。 本发明提出的基于镜像模块 的子阵级非周期阵列天线可以有效抑制栅瓣电 平， 并且模块化程度高， 这能够极大地降低阵列 天线系统中馈电网络、 T/R组件的设计难度， 从而 降低系统复杂度和造价。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 112952402 B 2022.09.06 CN 112952402 B 1.一种基于 镜像模块的子阵级非周期阵列天线， 其特 征在于， 包括： 多个模块， 每 个模块包括多个子阵， 每 个子阵包括多个天线单 元； 每个子阵内的多个天线单 元采用矩形栅格均匀排布； 每个模块内的多个子阵采用错 位排布； 所有模块分为两种， 互为镜像； 利用遗传算法， 对子阵级非周期阵列天线 进行优化， 确定最优解； 所述多个模块按所述 最优解排布。 2.根据权利要求1所述的子阵级非周期阵列天线， 其特征在于， 将子阵级非周期阵列天 线的中心作为原点， 将子阵级非周期阵列天线的阵面分为四个象限， 每个象限内的模块数 量均相等。 3.根据权利要求1所述的子阵级非周期阵列天线， 其特征在于， 子阵级非周期阵列天线 的阵面近似为矩形或八边形或圆形或椭圆形。 4.根据权利要求1所述的子阵级非周期阵列天线， 其特征在于， 每个子阵内的相邻的两 个天线单 元的行列间距相等且均大于一个波长 。 5.根据权利要求1所述的子阵级非周期阵列天线， 其特征在于， 每个模块内的相邻的两 个子阵间错 位长度为半个单 元间距。 6.一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线设计方法， 其特征在于， 子阵级非周期 阵列天线包括多个模块， 每 个模块包括多个子阵， 每 个子阵包括多个天线单 元； 设计方法包括如下步骤： S1、 确定子阵内多个天线单 元的排布形式； S2、 确定模块内多个子阵的排布形式； 并将子阵的排布形式分为互为镜像的两种； S3、 利用遗传算法， 随机生成初始化矩阵； S4、 按照初始化矩阵内的每条染色体， 确定该 条染色体对应的所有模块的排布形式； S5、 计算每条染色体对应的所有模块的排布形式的方向图， 并确定相应染色体的适应 度； S6、 若遗传算法不满足终止准则， 则生成下一代染色体， 转入S4； 否则获取适应度最大 的染色体， 根据该染色体确定所有模块的排布形式。 7.根据权利要求6所述的设计方法， 其特征在于， 所述初始化矩阵的行数等于模块的总 数量， 初始化矩阵的列数等于染色体的数量。 8.根据权利要求6所述的设计方法， 其特征在于， 通过选择操作、 交叉操作、 变异操作生 成下一代染色体。 9.根据权利要求6或7所述的设计方法， 其特征在于， 每个子 阵内的相邻的两个天线单 元的行列间距相等且均大于一个波长 。 10.根据权利要求6或7所述的设计方法， 其特征在于， 每个模块内的相邻的两个子阵间 错位长度为半个单 元间距。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 112952402 B 2一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线 及设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种基于镜像模块的子阵级非周期阵列天线及设计方法， 属于天线技 术领域。 背景技术 [0002]相控阵天线是相控阵雷达的重要组成部分， 通过独立控制各辐射单元的幅度和相 位， 可以快捷地改变阵列的波束指向和波束形状， 相控阵天具有快速扫描、 波束捷变、 空间 功率合成和多波束等优点， 在各种类型的地基、 舰载、 机载、 星 载雷达中得到广泛应用。 为了 提高相控阵天线的作用距离和范围， 阵列天线的增益面临着越来越高的要求和挑战， 因此 阵列天线孔径也不断增大。 对大孔径相控阵天线而言， 当单元间距 仍保持半波长左右时， 相 控阵天线的有源通道数量 急剧上升， 不仅会导致系统成本剧增， 而且会增大系统的散热、 重 量、 结构的设计和实施难度。 因此对大孔径相控阵天线而言， 通过增大单元间距可以显著降 低有源通道数量， 从而有效解决上述难题。 然而， 当单元间距超过一个波长时， 若阵列天线 仍均匀排布， 其结构周期性必然会导致阵因子方向图出现栅瓣， 进而导致主波束能量降低 甚至引起误跟踪。 为了抑制栅瓣， 必须打破阵列天线排布的周期性， 采用非周期阵列排布， 这又通常 分为两大类： 单 元级非周期和子阵级非周期阵列排布。 [0003]单元级非周期阵列又可以分为稀疏阵列和稀布阵列。 稀疏阵列是指均匀满阵中随 机剔除部分天线单元形成的阵列， 其单元间距是均匀满阵单元间距的整数倍。 稀布阵列是 指天线单元随机分布的阵列， 其单元间距通常仅需不小于最小单元间距即可。 单元级非周 期阵列在抑制栅瓣电平的同时还可以改善副瓣电平， 然而 单元级非周期排布极大地增加馈 电网络、 T/R组件、 波束控制的复杂程度， 模块化程度低， 不利于相 控阵天线的批量生产、 维 修， 工程实现难度大， 限制了该技 术的广泛应用。 [0004]子阵级非周期阵列是指基于等间距或不等间距的小阵进行非周期排布构成的整 个大阵， 基于子阵的非周期布阵方式不仅可以抑制栅瓣电平， 同时模块化程度高， 大大降低 了馈电网络、 T/R组件、 波束控制的设计难度， 对子阵的批量生产、 维修提供了极大便利。 子 阵级非周期阵列的排布形式一般包括旋转子阵、 错位子阵、 随机排布子阵、 弧形环栅阵、 梯 形环栅阵、 非规则子阵(如L形子阵)、 非均匀子阵等。 现有技术中采用子阵单元间距从中心 至边缘逐渐增大 的布阵方式抑制栅瓣， 该方案需要采用多种不同单元间距的子阵， 这大大 增加了馈电网络和T/R组件的设计和加工复杂度； 采用其他阵布阵方式， 也存在容易引起交 叉极化恶化、 加工难度较大、 工程实现困难等 缺陷。 发明内容 [0005]本发明要解决的技术问题是： 克服现有技术的不足， 提供了一种基于镜像模块的 子阵级非周期阵列天线及设计方法， 选择均匀分布4 ×4单元构成基本子阵， 并选择将2 ×2 个基本子阵进一步构成模块， 模块内子阵的排布 规则为子阵相互错位， 共包含2种互为镜像 的错位排布 规则， 进而 形成2种互为镜像的模块。 所述的2种模块构成模块库， 在 模块库中随说　明　书 1/5 页 3 CN 112952402 B 3