技术领域
[0001] 本发明属于相控阵天线技术领域，具体涉及一种柱形曲面阵列相位补偿方法。
相关背景技术
[0002] 共形阵(CA，Conformal Array)是阵列单元位于空间曲面上的阵列天线，通过将天线阵面的分布与载体外形保持一致，从而达到“共形”的效果。典型的共形阵结构有柱面、球面、锥面等。与直线阵相比，受曲率的影响，共形天线阵的辐射方向图会发生畸变，从而使其最大辐射方向偏离θ＝0°，因此需要通过对应的相位补偿方法来修正天线阵的方向图。对于柱面共形阵的分析通常只关注天线阵面共形于圆柱表面，即天线的辐射方向背离圆心的情形，而很少关注其共形于圆柱内侧，即天线的辐射方向指向圆心的情形。
具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0025] 本实施例提出一种柱形曲面阵列相位补偿方法，包括如下步骤：
[0026] S1、根据天线之间的间隔和信号的波长，构建一般情况下的阵列天线方向性函数[0027]
[0028] 其中，θ为全局球坐标下俯仰面内的角度，为全局球坐标下水平面内的角度；为第i个天线单元在其局部坐标系下的方向图矢量函数，θii为天线单元在其局部坐标系下俯仰面内的角度， 为天线单元在其局部坐标系下俯仰面内的角度；wi为第i个天线单元的加权系数；k为频率f下的自由空间波数； 表示电磁波沿径向传播；
[0029] 第i个天线单元在其局部坐标系下的方向图矢量函数 为：
[0030]
[0031] S2、利用主局部坐标变换方法，将一般情况下的阵列天线方向性函数转换为分布在柱形结构上的曲面阵列方向性函数。
[0032] 主局部坐标转换包括，先将局部球坐标转为局部直角坐标，再将局部直角坐标转换为全局直角坐标，最后将全局直角坐标转为全局球坐标。用θi表示天线单元朝向与天线阵列最大辐射方向的夹角，全局球坐标下方向图表达式为：
[0033] fi(θ)＝‑sinθsinθi+cosθcosθi＝cos(θ+θi)
[0034] 其中，fi(θ)为全局球坐标下方向图；
[0035] S3、根据全局球坐标下方向图表达式，进行阵列的叠加计算，设在全局坐标下，各单元朝向与天线阵列最大辐射方向的夹角θi，得到辐射方向指向圆心的柱形曲面阵列方向图F(θ)：
[0036]
[0037] 其中，R为柱形的截面的半径；
[0038] S4、根据F(θ)的表达式，利用加权系数wi对各天线单元进行相位补偿，得到补偿后的指向圆心的柱形曲面阵列方向性函数，使柱形曲面阵列在θ0方向上形成最大值：
[0039] F0(θ)＝∑i|wi|fi(θ)exp{‑jkR[cos(θ‑θi)‑cos(θ‑θi)‑cosθ+cosθ0]}[0040] 其中，F0(θ)为补偿后的指向圆心的柱形曲面阵列方向性函数。
[0041] 下面给出本发明的验证例，构建一个最大辐射方向指向圆心的柱形曲面天线阵列，应用上述相位补偿方法后，验证本方法可以对方向图畸变进行有效的修正。
[0042] 以X波段L探针馈电微带贴片天线作为阵列单元，根据图1所示的分布形式，在HFSS软件中构建一个辐射方向指向圆心的柱形曲面12阵元线阵模型，如图2所示。
[0043] 对该天线阵列各个阵元施加等幅同相激励时，仿真结果如图3所示。可以看到，该方向图的主副瓣存在融合，最大辐射方向不在0°的位置。其原因为在此共形阵中，当采用等幅同相加权时，各个阵元投影到辐射口径平面上会存在相位差，从而使各阵元在方向图叠加过程中存在互相抵消的现象，导致最大辐射方向不在0°。
[0044] 对图2所示阵列进行对应的相位补偿后，仿真得的方向图如图4所示。图中实线代表相位补偿后曲面阵的方向图，虚线代表相位补偿前的方向图。由图可见，对曲面阵列进行相位补偿后，阵列的最大辐射方向被重新修正到θ＝0°方向，最大增益也提高至13.61dB。
[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
