[发明专利]一种变形有源相控阵天线幅相补偿量确定方法

摘要

本发明公开了面向数字器件量化的变形有源相控阵天线幅相补偿量确定方法，该方法包括：确定天线阵元理想幅度和阵元理想相位、最小衰减量、最小相移量、天线阵元位置偏移量；基于有源相控阵天线机电耦合补偿模型，计算补偿变形天线电性能的阵元幅度和阵元相位；分别计算阵元幅度与最小衰减量的比值、阵元相位与最小移相器的比值，确定部分阵元量化幅度和量化相位；再分别选取幅度参考阵元和相位参考阵元，更新剩余阵元幅度和阵元相位，并与最小衰减量、最小相移量比较，确定剩余阵元量化幅度和量化相位；最终得到天线幅相补偿量。本发明可在考虑数字器件量化误差的同时，保证天线电性能最优，对有源相控阵天线电性能补偿具有工程指导意义。

主权项

1.一种变形有源相控阵天线幅相补偿量确定方法，包括下述步骤：(1)根据有源相控阵天线的设计方案，确定天线工作频率和结构参数；(2)根据有源相控阵天线电性能需求和T/R组件中数字器件属性，确定阵元理想幅度I_n和阵元理想相位衰减器最小衰减量ΔI_min、移相器最小相移量(3)根据有源相控阵天线的工作环境及天线结构参数，确定天线阵面变形后阵元的位置偏移量；(4)根据阵元位置偏移量，基于有源相控阵天线机电耦合模型，计算补偿变形天线电性能的阵元幅度I′_n和阵元相位(5)根据步骤(4)得到的阵元幅度I′_n，计算所有阵元幅度与衰减器最小衰减量的比值，记阵元幅度的商为p_n，阵元幅度的余数为q_n；(6)判断阵元幅度的余数q_n是否小于最小衰减量的1/3，如果满足判断条件，则可确定该条件下阵元量化幅度；否则，转至步骤(7)；(7)判断阵元幅度的余数q_n是否大于最小衰减量的2/3，如果满足判断条件，则可确定该条件下阵元量化幅度；否则执行步骤(8)；(8)根据步骤(6)和(7)已经确定的阵元量化幅度，计算量化幅度与步骤(4)计算的阵元幅度之间的幅度量化误差，将幅度量化误差绝对值最小的阵元作为幅度参考阵元O_I；(9)利用幅度参考阵元O_I的幅度量化误差，然后更新量化幅度未确定的剩余阵元幅度；(10)将步骤(9)所得剩余阵元幅度与最小衰减量进行比较，确定剩余阵元量化幅度；(11)根据步骤(4)得到的阵元相位计算所有阵元相位与移相器最小相移量的比值，记阵元相位的商为s_n，阵元相位的余数为t_n；(12)判断阵元相位的余数t_n是否小于最小相移量的1/3，如果满足判断条件，则可确定该条件下阵元量化相位；否则，转至步骤(13)；(13)判断阵元相位的余数t_n是否大于最小相移量的2/3，如果满足判断条件，则可确定该条件下阵元量化相位；否则执行步骤(14)；(14)根据步骤(12)和(13)已经确定的阵元量化相位，计算量化相位与步骤(4)计算的阵元相位之间的相位量化误差，将相位量化误差绝对值最小的阵元作为相位参考阵元(15)利用相位参考阵元的相位量化误差，然后更新量化相位未确定的剩余阵元相位；(16)将步骤(15)所得剩余阵元相位与最小相移量进行比较，确定剩余阵元量化相位；(17)综合有源相控阵天线的阵元理想幅度和阵元理想相位，以及步骤(6)、(7)、(10)和(12)、(13)、(16)确定的阵元量化幅度和阵元量化相位，得到面向数字器件量化并确保电性能最优的变形天线幅相补偿量；所述步骤(3)中对有源相控阵天线采用实验测量的方法确定阵元在x，y，z方向的位置偏移量ΔR_n＝(Δx_n,Δy_n,Δz_n)，1≤n≤N，N为有源相控阵天线的阵元数；所述步骤(4)按如下过程进行：(4a)基于采用快速傅里叶变换建立的有源相控阵天线机电耦合模型，可得阵元位置偏移量与补偿变形天线电性能的激励电流A_n′之间的关系式如下：式中，A_n表示天线阵元理想激励电流的复数形式，10I_n/20表示将衰减器提供的阵元理想幅度I_n转换为阵元间的归一化幅度，表示将移相器提供的阵元理想相位转换为弧度制单位；λ为有源相控阵天线的工作波长；l表示傅里叶级数变换的序号；表示天线主波束方向的单位矢量，cosα_x、cosα_y、cosα_z分别为天线主波束方向(θ₀,φ₀)与x，y，z之间的方向余弦，具体表示如下：(4b)根据步骤(4a)得到的激励电流，计算补偿变形天线电性能的阵元幅度I′_n和阵元相位公式如下：