相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化
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Abstract:Based on the formula, the influence factors for beam granularity of phased array an鄄 tenna are analyzed. Two methods of beam-controlling arithmetic are contrasted in the project. The simulating results show the cell location used of the beam-controlling arithmetic can reduce errors and advance performance of the phased array antenna. Key words:phased array antenna; beam granularity; beam-controlling arithmetic
2
…
N
0 度分布
0
0
0
0
驻兹P 指向下
0
的分布
驻渍
… (N-1)驻渍
2驻兹P指向下 0 的分布
2驻渍
… 2(N-1) 驻渍
…
…
…
…
…
p驻兹P指向下 0 的分布
p驻渍
… (N-1)p驻渍
波束半功率点宽度 兹B表示为:
兹B
抑co1s兹p
·0
. 88姿 Nd
(6)
则得到:
驻兹p 兹B
抑1
.
136 2K
N
(7)
但由于相控阵天线自身的移相体制原因,波束 在扫描过程中相邻波束间呈现出不连续性。 因此 对于精密跟踪测量相控阵雷达系统而言,减小天线 波束跃度增强波束扫描特性具有重要意义[3] 。
2摇 基本原理
2. 1摇 数控移相器对波束跃度的影响
例如对采用数控移相器的一维线阵进行仿真
收稿日期:2018 -09 -19 ;修回日期:2018 -10 -17 作者简介:史富荣(1984—) ,男,硕士,工程师。
(4)
将公式(4 ) 代入公式(3 ) ,可得由于移相器的
最小移相量变化造成波束指向的改变量,即波束
跃度可按式(5) 描述:
驻兹p
=
姿 dcos兹
p
·21K
(5)
当波束指向
兹P
= 0毅,则
驻
兹0
=
姿 d
·
1 2k
,代表波
束跃度最小变换量。
从式(5)可以看出,当前波束指向 兹P 越大,其 对应的波束跃度也越大。 但另一方面,由于天线
史富荣,沈大立,谭炽州
( 电子信息控制重点实验室,成都 610036)
摘要:根据理论公式分析了影响相控阵天线波束跃度的关键因素,并对在工程应用中两种波束 控制量化算法进行了仿真对比,结果表明在量化波束控制移相码的过程中将阵元位置信息代 入解算,可降低误差达到减小波束跃度的目的,使相控阵天线波束扫描特性得到提高。 关键词:相控阵天线; 波束跃度;波束控制算法 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-2230. 2019. 05. 014
当阵内相位差 渍 发生变化,波束指向则发生
变化。 在当前指向角 兹P 下,每个通道已经形成了 一种相位分布,当阵内相位差发生吟渍 的变化量
后,对应的波束指向变化 驻兹P 即为当前指向角下 的波束跃度,可见 驻渍 变化越小,驻兹P越小。
表 1摇 阵内相位差按 驻渍 依次变化时的波束指向变化
阵元序号 1
由此可见,在阵元规模一定的情况下,数控移
相器位数越多,波束跃度越小[6] 。
2. 2摇 最小波束跃度
由于相控阵系统中各个单元移相器的移相量
可独立控制,不必将阵内通道间的相位差设为移
相器的最小移相量,所以引入最小波束跃度概念
来描述采用了数字移相器的相控阵系统的波束跃
度。
最小波束跃度是指间距为 d 的 N 元的相控
Simulation Analysis and Algorithm Optimization of Beam Granularity Phased Array Antenna
SHI Fu-rong, SHEN Da-li, TAN Chi-zhou
( Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory, Chengdu 610036, China)
投稿邮箱:dzxxdkjs@ 126. com
其中,渍 为相邻两个单元之间的相位差。 兹P 为波 束指向,定义为与天线阵面物理法向之间的夹角。
d 为相邻两个单元之间的间距。 姿 为信号波长。
对式(1) 求微分得到:
驻渍 = 2姿仔dcos兹p·驻兹p
(2
驻渍
(3)
1摇 引言
相控阵天线相比于传统的机械扫描雷达通过 转动天线改变波束的指向, 具有扫描精度高、速 度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点,已经被广 泛应用在军事探测、电子对抗以及通信系统等领 域中。 随着对设备性能要求的不断提高,其中对 于天线的波束宽度、指向精度、波束切换时间、波 束跃度等重要指标提出了更高的要求[1-2] 。
波束宽度 兹B随波束指向 兹P增大而变宽,所以波束 跃度与波束宽度的比值 驻兹P / 兹B 可以消除波束指 向的影响,这样就能准确地反映两者的关系。
分析,阵元等间距,幅度为均匀分布,单元天线方 向图为全向方向图。
图 1摇 一维均匀线阵法向波束跃度对应的 阵内相位差示意图
如图 1 所示,对于等间距一维线阵,阵列内部 的各通道间相位差有以下关系式成立[4] :
渍 = 2姿仔dsin兹p
(1)
史富荣,沈大立,谭炽州
68
相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化
阵线阵中,仅第 N 个单元有最小移相量变化,其
他单元的移相量变化量均为零时所形成的波束跃
度,如图 2 所示。
图 2摇 一维均匀线阵最小波束跃度对应的 阵内相位分布示意
当采用数字式移相器时,移相器的移相量将 以二进制方式改变[5] 。 若数字式移相器位数为
K,则移相器的最小移相量为:
渍min
=
2仔 2k
2019,34(5)
电子信息对抗技术 Electronic Information Warfare Technology
67
摇 摇 中图分类号:TN821. 8摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号:1674-2230(2019)05-0067-05
相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化
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…
N
0 度分布
0
0
0
0
驻兹P 指向下
0
的分布
驻渍
… (N-1)驻渍
2驻兹P指向下 0 的分布
2驻渍
… 2(N-1) 驻渍
…
…
…
…
…
p驻兹P指向下 0 的分布
p驻渍
… (N-1)p驻渍
波束半功率点宽度 兹B表示为:
兹B
抑co1s兹p
·0
. 88姿 Nd
(6)
则得到:
驻兹p 兹B
抑1
.
136 2K
N
(7)
但由于相控阵天线自身的移相体制原因,波束 在扫描过程中相邻波束间呈现出不连续性。 因此 对于精密跟踪测量相控阵雷达系统而言,减小天线 波束跃度增强波束扫描特性具有重要意义[3] 。
2摇 基本原理
2. 1摇 数控移相器对波束跃度的影响
例如对采用数控移相器的一维线阵进行仿真
收稿日期:2018 -09 -19 ;修回日期:2018 -10 -17 作者简介:史富荣(1984—) ,男,硕士,工程师。
(4)
将公式(4 ) 代入公式(3 ) ,可得由于移相器的
最小移相量变化造成波束指向的改变量,即波束
跃度可按式(5) 描述:
驻兹p
=
姿 dcos兹
p
·21K
(5)
当波束指向
兹P
= 0毅,则
驻
兹0
=
姿 d
·
1 2k
,代表波
束跃度最小变换量。
从式(5)可以看出,当前波束指向 兹P 越大,其 对应的波束跃度也越大。 但另一方面,由于天线
史富荣,沈大立,谭炽州
( 电子信息控制重点实验室,成都 610036)
摘要:根据理论公式分析了影响相控阵天线波束跃度的关键因素,并对在工程应用中两种波束 控制量化算法进行了仿真对比,结果表明在量化波束控制移相码的过程中将阵元位置信息代 入解算,可降低误差达到减小波束跃度的目的,使相控阵天线波束扫描特性得到提高。 关键词:相控阵天线; 波束跃度;波束控制算法 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-2230. 2019. 05. 014
当阵内相位差 渍 发生变化,波束指向则发生
变化。 在当前指向角 兹P 下,每个通道已经形成了 一种相位分布,当阵内相位差发生吟渍 的变化量
后,对应的波束指向变化 驻兹P 即为当前指向角下 的波束跃度,可见 驻渍 变化越小,驻兹P越小。
表 1摇 阵内相位差按 驻渍 依次变化时的波束指向变化
阵元序号 1
由此可见,在阵元规模一定的情况下,数控移
相器位数越多,波束跃度越小[6] 。
2. 2摇 最小波束跃度
由于相控阵系统中各个单元移相器的移相量
可独立控制,不必将阵内通道间的相位差设为移
相器的最小移相量,所以引入最小波束跃度概念
来描述采用了数字移相器的相控阵系统的波束跃
度。
最小波束跃度是指间距为 d 的 N 元的相控
Simulation Analysis and Algorithm Optimization of Beam Granularity Phased Array Antenna
SHI Fu-rong, SHEN Da-li, TAN Chi-zhou
( Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory, Chengdu 610036, China)
投稿邮箱:dzxxdkjs@ 126. com
其中,渍 为相邻两个单元之间的相位差。 兹P 为波 束指向,定义为与天线阵面物理法向之间的夹角。
d 为相邻两个单元之间的间距。 姿 为信号波长。
对式(1) 求微分得到:
驻渍 = 2姿仔dcos兹p·驻兹p
(2
驻渍
(3)
1摇 引言
相控阵天线相比于传统的机械扫描雷达通过 转动天线改变波束的指向, 具有扫描精度高、速 度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点,已经被广 泛应用在军事探测、电子对抗以及通信系统等领 域中。 随着对设备性能要求的不断提高,其中对 于天线的波束宽度、指向精度、波束切换时间、波 束跃度等重要指标提出了更高的要求[1-2] 。
波束宽度 兹B随波束指向 兹P增大而变宽,所以波束 跃度与波束宽度的比值 驻兹P / 兹B 可以消除波束指 向的影响,这样就能准确地反映两者的关系。
分析,阵元等间距,幅度为均匀分布,单元天线方 向图为全向方向图。
图 1摇 一维均匀线阵法向波束跃度对应的 阵内相位差示意图
如图 1 所示,对于等间距一维线阵,阵列内部 的各通道间相位差有以下关系式成立[4] :
渍 = 2姿仔dsin兹p
(1)
史富荣,沈大立,谭炽州
68
相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化
阵线阵中,仅第 N 个单元有最小移相量变化,其
他单元的移相量变化量均为零时所形成的波束跃
度,如图 2 所示。
图 2摇 一维均匀线阵最小波束跃度对应的 阵内相位分布示意
当采用数字式移相器时,移相器的移相量将 以二进制方式改变[5] 。 若数字式移相器位数为
K,则移相器的最小移相量为:
渍min
=
2仔 2k
2019,34(5)
电子信息对抗技术 Electronic Information Warfare Technology
67
摇 摇 中图分类号:TN821. 8摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号:1674-2230(2019)05-0067-05
相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化