本技术公开了一种小规模相控阵低仰角扫描增益轴比联合优化方法、装置及介质,属于机载相控阵天线增益优化技术领域。本发明方法包括:输入均匀平面相控阵天线的小规模阵列中各阵列单元的电场单元方向图的右旋圆极化电场,电场的方位面和俯仰面方向的分量;基于扫描轴比和增益构建低仰角扫描增益轴比联合优化模型,其目标函数为最小化扫描轴比的松弛变量,且该联合优化模型的约束项包括:扫描轴比约束,增益约束和恒定激励幅度模值约束;对优化模型求解,输出阵列激励、在预定扫描方向的扫描轴比与增益。本发明在保证扫描增益的情况下,通过降低低仰角扫描轴比来提升其圆极化性能,避免了低仰角扫描时圆极化性能退化导致增益下降。
背景技术
在机载通信天线领域,为了降低飞机风阻、减轻飞机重量,大部分机载天线都考虑较小规模的相控阵天线;为了飞机整体运行功率损耗,机载相控阵天线大多采用无源相控阵天线形式,无源相控阵存在幅度不可调的问题,降低了相控阵天线的优化自由度;对于机载通信天线的通信功能,尤其是应急通信,需要天线能够实现大角度扫描即低仰角扫描,但由于结构和规模限制的影响,小规模阵列在低仰角的波束覆盖时,由于扫描轴比的恶化,会导致增益急剧下降,甚至退化为单一极化方式。
应用于机载通信的小规模相控阵天线,由于飞机空间资源有限,采用无源相控阵设计架构时,单元间距排布紧密,会形成一种紧耦合的馈电形式,而紧耦合馈电会导致小规模相控阵在大角度扫描的过程中,由于单元间距小于半波长,单元之间耦合效应会显著的影响低仰角扫描的轴比性能,因此,通过将扫描轴比作为优化目标,能够改善小规模阵列低仰角扫描的圆极化性能。但是仅关注扫描轴比性能,可能会导致增益恶化。
对于相控阵天线的扫描性能优化,现有方法主要包括两类:第一类将增益作为目标函数,如典型的二阶锥规划,即固定发射功率为常数,最小化总功率;以及非凸二次规划,固定总功率为常数,最小化发射功率。但此类方法仅针对增益进行优化,并没有对扫描轴比进行控制,忽略了圆极化性能,并且所构建出的优化问题容易导致二阶非凸问题。第二类将扫描轴比作为目标函数,如分式规划,通过控制电场的方位面方向的电场分量与俯仰面方向的电场分量的比值,进而控制扫描轴比。但此类方法仅针对扫描轴比进行优化,会导致增益急剧下降。尤其是对于小规模阵列,低仰角扫描时会出现扫描轴比恶化,甚至变为单一极化方式,增益急剧下降等问题。即现有的相控阵天线的扫描性能优化仅能满足单一需求,难以改善天线整体性能。
因此,对于小规模相控阵天线,低仰角扫描时会出现扫描轴比恶化,甚至变为单一极化方式,增益急剧下降等问题,采用现有方法进行优化,仅能满足单一需求,难以改善天线整体性能。
实现思路