圆锥台共形阵半空间扫描波束极化综合与分析

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.03.016

摘要/Abstract

摘要：

共形阵天线受载体曲率影响，各阵元的方向图和极化方向均不相同，造成共形阵天线在大角度波束综合时存在波束综合效率低、高交叉极化电平难以抑制等问题。目前大多采用差分进化等算法进行共形阵全局优化，阵列综合的过程复杂、效率低。基于一种圆锥台结构的共形阵天线布局，采用以投影规则为依据的波束极化综合算法，实现了对共形阵的大角度波束扫描和高极化纯度的高效综合。计算结果表明，提出的解析算法能够实现共形阵天线在半空域内的高性能波束扫描，在主波束内始终保持良好的低交叉极化特性。最后采用基于全波数值方法的高频仿真软件验证了所提出算法的准确性和有效性。该方法可为高性能共形阵的工程实现提供理论基础。

关键词: 共形阵, 交叉极化, 方向图综合, 投影规则, 宽角扫描

Abstract:

The conformal array antenna is affected by the curvature of the carrier， and the pattern and polarization direction of each element are different， resulting in low beam synthesis efficiency and difficulty in suppressing high cross polarization levels when synthesizing wide-angle scanning beams. At present， most algorithms such as differential evolution are used for global optimization of conformal arrays， the process of array synthesis is complex and the synthesis efficiency is low. This paper is based on a conical conformal array layout， using a beam polarization synthesis algorithm based on projection rules to achieve efficient synthesis of wide-angle beam scanning and high polarization purity. The calculation results show that the proposed analytical algorithm can achieve high-performance beam scanning of conformal array in the half space， maintaining good low cross polarization characteristics in the main beam. The accuracy and effectiveness of the proposed algorithm are verified using high-frequency simulation software based on full wave numerical methods. This method can provide a theoretical basis for the engineering implementation of high-performance conformal array.

Key words: conformal array, cross polarization, pattern synthesis, projection rule, wide-angle scanning

中图分类号:

TN821

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图/表 18

图1 共形阵天线波束综合算法建模示意图

Fig. 1 Modeling schematic diagram of conformal array antenna beam synthesis algorithm

图2 天线单元相位补偿示意图

Fig. 2 Schematic diagram of antenna unit phase compensation

图3 有效辐射区域示意图

Fig. 3 Schematic diagram of effective radiation area

图4 波束指向与主极化方向示意图

Fig. 4 Beam pointing and main polarization direction

图5 共形阵天线单元分布俯视图

Fig. 5 Top view of conformal array antenna unit distribution

图6 φ0=15°俯仰面扫描方向图

Fig. 6 Scanning antenna pattern in the elevation plane

图7 φ0=40°俯仰面扫描方向图

Fig. 7 Scanning antenna pattern in the elevation plane

图8 θ0=90°方位面扫描方向图

Fig. 8 Scanning antenna pattern in the azimuth plane

图9 θ0=30°不同俯仰面扫描方向图

Fig.9 Scanning antenna pattern in different elevation planes

图10 不同有效辐射区域的扫描方向图

Fig. 10 Scanning antenna pattern with different effective radiation area

图11 天线子阵的模型示意图

Fig. 11 Model diagram of antenna sub-array

图12 圆锥台共形阵天线模型示意图

Fig. 12 Schematic diagram of conical conformal array model

图13 （60°，0°）时阵列天线全波仿真模型

Fig. 13 Full wave simulation model for array antenna

图14 （30°，15°）时阵列天线全波仿真模型

Fig. 14 Full wave simulation model for array antenna

图15 （θ0，φ0）为（60°，0°）时的结果对比图

Fig. 15 Antenna pattern comparison between two methods

图16 （θ0，φ0）为（30°，15°）时的结果对比图

Fig. 16 Antenna pattern comparison between two methods

图17 （θ0，φ0）为（60°，0°）时的结果对比图

Fig. 17 Antenna pattern comparison between two methods

图18 （θ0，φ0）为（30°，15°）时的结果对比图

Fig. 18 Antenna pattern comparison between two methods

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