非周期陣列形式研究

1 引言

對于大型固態有源相控陣，移相器和T/R組件的成本都使雷達的研制和生產費用大幅度上升。因此在確保天線性能的前提下盡量減少單元數目在工程應用中顯得很有必要。增大單元間距是減少單元數目降低成本的有效方法.但由于單元間距比較大，如果仍然采用周期陣形式，則不可避免的會在實空間內出現柵瓣。針對這個問題本文提出采用大單元間距非周期陣列形式抑制柵瓣的方法，闡述了非周期陣抑制柵瓣的原理，并對中小規模的非周期陣列形式進行了研究，在此基礎上本文還進一步研究了適應于大型相控陣的非周期陣列形式。

2 非周期陣列抑制柵瓣的原理

傳統的周期陣列為了避免在法向和掃描過程中出現柵瓣要求單元間距限制在1個波長以內。隨著單元間距的增大,柵瓣開始在實空間出現并逐漸靠近主瓣, 使波瓣性能急劇惡化,并引起掃描增益下降,從而限制了掃描范圍。

這種由于單元間距增大和陣列周期性排列引起的柵瓣可通過在子陣級或者單元級進行非周期排列而得到一定程度的抑制。陣列的非周期性排列打破了造成高電平柵瓣的整個陣列的周期性，從而達到抑制或避免柵瓣的目的。單元級的非周期排列實現了全陣完全非周期化，在小型陣列情況下較易實現和控制。子陣級的非周期化目的是使各個子陣的柵瓣在方向余弦空間中的位置不同，從而使各個子陣的柵瓣不能疊加。而各個子陣的主波束，由于指向同一方向，在方向余弦空間中的位置相同，同相疊加。所以對于整個天線陣，其主波束的電平高度要遠高于其分裂后的柵瓣高度。這種情況下子陣內部還可以是周期性排列的，這樣能大大減小陣面其他部分的設計難度。采用非周期陣列形式不僅意味著單元數目少，制造成本低，還具有結構易實現、移相器總激勵電流小、對電的需求量低、通風散熱好的優點。

3 非周期陣列形式的研究

陣列排布的非周期化可在單元級和子陣級實現.

3.1 單元級非周期陣列形式

介紹了不等尺寸陣元組成的非周期陣、環形陣、旋轉變形陣三種非周期陣列形式，都屬于單元級非周期陣列。

不等尺寸陣元組成的非周期陣的陣面排布如圖1所示，陣面上不同部分單元大小不同，相當于單元間距不相等，從而形成了整個陣列的非周期性。

圖1 不等尺寸陣元組成的非周期陣

環形陣相鄰陣元間距不存在最大公約數，這使環形陣不存在柵瓣。環形陣陣面排布如圖2所示：

旋轉變形陣是在環形陣基礎上進行了調整。旋轉變形陣也不存在柵瓣，適當選擇參數和單元位置緯向偏轉函數可以獲得較好的波瓣性能且能適應不同口徑變化的需要。旋轉變形陣陣面排布仿真圖如圖3所示：

圖2 環形陣 圖3 旋轉變形陣