非周期陣列形式研究

3.2 子陣級非周期化陣列形式

在實際的工程應(yīng)用中天線陣面口徑往往很大，單元數(shù)目上萬，單元級非周期陣雖然能獲得比較優(yōu)良的波瓣性能，但會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和單元級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，本文給出了仿真實例：整個陣面在徑向劃分為22個圓環(huán)，同時沿圓周方向?qū)㈥嚵蟹指顬?個子陣，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)計了由16子陣組成的用于小型移動地球站的非周期陣，并利用最速下降法對各個子陣位置進行了優(yōu)化。作者又在文獻中利用遺傳算法和模擬退火算法對此非周期陣進行了優(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，因為最大的副瓣或者柵瓣不一定出現(xiàn)在這個方向。本文利用改進的遺傳算法和粒子群算法相結(jié)合對子陣中心位置進行優(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時波瓣性能如下所示：

圖9 法向時波瓣圖

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)與子陣位置進行同時優(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副瓣性能有一定的改善。