非周期阵列形式研究

3.2 子阵级非周期化阵列形式

在实际的工程应用中天线阵面口径往往很大，单元数目上万，单元级非周期阵虽然能获得比较优良的波瓣性能，但会增大阵面的制造和加工难度，并使阵面的其他部分例如波控和馈电方式的实现变得极其复杂。故研究适应于大型阵列的非周期阵列形式具有较大的工程应用价值。

提出了径向等间距排列的非周期环栅阵的形式，如图4所示。由于采用三种不同种类的扇形插箱，结构安装比较方便，便于工程上实现。

Mark L.Goldstein,Palm Bay,FL等人研究了非周期子阵栅格组成的非周期阵列，如图5所示。这种非周期阵列形式在子阵级和单元级都打乱了可能造成高电平栅瓣的阵列周期性，使法向和扫描时候的栅瓣和副瓣都能保持在比较满意的电平高度。

图4 环栅阵 图5 非周期子阵栅格

划分非均匀邻接子阵是子阵级非周期期化的另外一种形式。这种非周期阵列自适应方向图虽然没有栅瓣但是存在主瓣附近的副瓣电平较高的问题。

本文在深入分析了以上几种子阵级非周期阵列形式的基础上研究了由扇形子阵组成的非周期圆阵、子阵中心位置非周期排列的矩形阵、旋转超级子阵形成的非周期阵列（类似于美国的GBR-P天线阵面）几种形式，并给出了相应的阵面排布和仿真波瓣图。

3.2.1 由扇形子阵组成的非周期圆阵

采用扇形子阵组成的非周期圆阵是将整个阵面划分一定数目的扇形子阵，子阵大小可以相等也可以不等，相邻子阵间具有一定的间隔，但是间隔大小不相同，形成了整个阵列的非周期性。针对这种非周期阵形式，本文给出了仿真实例：整个阵面在径向划分为22个圆环，同时沿圆周方向将阵列分割为8个子阵，阵列法向波瓣图如下所示：

图6 扇形子阵组成的非周期圆阵

图7 法向时波瓣图

如果采用优化算法对扇形子阵间的间距大小及子阵大小进行优化，副瓣和栅瓣电平可能降的更低。

3.2.2 子阵中心位置非周期排列的矩形阵

Toyama设计了由16子阵组成的用于小型移动地球站的非周期阵，并利用最速下降法对各个子阵位置进行了优化。作者又在文献中利用遗传算法和模拟退火算法对此非周期阵进行了优化，结果表明对栅瓣具有一定得压制作用。但是文献中都只是表明在阵列对角线方向获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优结果可能只在对角线方向获得，因为最大的副瓣或者栅瓣不一定出现在这个方向。本文利用改进的遗传算法和粒子群算法相结合对子阵中心位置进行优化，获得了较为满意的结果，仿真结果如下所示：

图8 阵面排布

子阵规模大小为20*20时波瓣性能如下所示：

图9 法向时波瓣图

图10 扫描30度的方向图

由于阵列的非周期化，原来优异的低副瓣加权失效，使主瓣附近的副瓣抬高，可以考虑把加权与子阵位置进行同时优化，可能能够获得比较好的波瓣性能。此外增大子阵尺寸时副瓣性能有一定的改善。