(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210848395.5 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 电子科技大 学 地址 610000 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 刘颜回　刘泱　贺鹏　吴攀　 杨仕文　胡俊　 (74)专利代理 机构 四川省成 都市天策商标专利 事务所(有限合 伙) 51213 专利代理师 罗伟 (51)Int.Cl. H01Q 21/29(2006.01) H01Q 3/24(2006.01) H01Q 1/24(2006.01) H01Q 1/36(2006.01)H01Q 3/30(2006.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于异构子阵非均匀布局的波束扫描阵列 优化设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于异构子阵非均匀布 局的波束扫描阵列优化设计方法， 涉及阵列天 线。 该方法包括如下步骤： 步骤1.采用非均匀布 局方法对多个1驱2异构子阵进行初始布局； 步骤 2.对异构子阵位置进行多 步微扰优化， 并设置最 大副瓣电平约束、 子阵位置微扰量幅值约束和最 小子阵间距约束； 步骤3.对异构子阵内的单元级 相位进行微扰优化， 以波束指向多个不同扫描角 的最大副瓣电平加权和最小化为优化目标， 并设 置波束分别指向多个不同扫描角的最大副瓣电 平约束、 单元相位微扰量幅值约束。 本发明可生 成具有波束扫描性能的辐射波束， 同时可节省一 半的通道数量， 并可在优化过程中设置约束条件 以满足实际的应用需求。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 115084874 A 2022.09.20 CN 115084874 A 1.一种基于异构子阵非均匀布局的波束扫描阵列优化设计方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1.确定阵元数目以及最小单元间距， 将阵列天线划分为多个1驱2异构子阵后， 采 用非均匀布局方法对多个1驱2 异构子阵进行初始 布局； 步骤2.对异构子 阵位置进行多步微扰优化， 并设置最大副瓣电平约束、 子阵位置微扰 量幅值约束和最小子阵间距约束； 步骤3.对异构子阵内的单元级相位进行多步微扰优化， 以波束指向多个不同扫描角的 最大副瓣电平加权和最小化为优化目标， 并设置波束分别指向多个不同扫描角的最大副瓣 电平约束、 单 元相位微扰量幅值约束。 2.根据权利要求1所述的基于异构子阵非均匀布局的波束扫描阵列优化设计方法， 其 特征在于， 步骤1进一 步为： 考虑放置于z轴的一维线阵， 为了减少采用的通道数量， 采用1驱2异构子阵结构对线阵 进行子阵划分， 即每个子阵由2个天线单元组成且在各个子阵内通过移相器或时延器配置 不一致的单元相位； 对划分后的多个1驱2异构子阵采用非均匀子阵布局算法进行初始布 局， 各个子阵的位置表示 为dn,n＝1,...,N。 3.根据权利要求1所述的基于异构子阵非均匀布局的波束扫描阵列优化设计方法， 其 特征在于， 所述 步骤2具体如下： 对于由多个1驱2 异构子阵构成的线阵， 第n个异构子阵的方向图函数 可以表示如下： 其中β ＝2π/λ为自由空间的波数， d0为每个异构子阵中两单元天线之间的距离， 和 ηn 表示子阵内第一个天线 单元和第二个天线 单元的相位； 基于步骤1得到的初始布局， 由多个 1驱2异构子阵组成的线阵 阵列方向图函数 可以表示如下： 在此基础上对异构子阵位置进行微扰并且利用一阶泰勒 公式展开， 展开后的阵列 方向 图函数可以表示如下： 其中Δn为异构子阵位置微扰量； 由于泰勒展开条件为|β Δn(cosθ‑cosθ0)|＜＜1， 为了 满足这个条件， 设一阶泰勒展开精确度约束为|β Δn|＜ μ， μ用以衡 量Δn的最大微扰量； 为满 足实际的需求， 在 优化过程中需要同时考虑最小异构 子阵间距大于dmin， 设最小异构 子阵间 距约束为(dn+Δn)‑(dn‑1+Δn‑1)≥dmin； 此阵列综合问题可以表示如下： min ε权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115084874 A 2其中ΘSL表示副瓣区域， ε是为了实现副瓣最小化引入的辅助变量， 异构子阵之间的最 小间距不得小于dmin， 最后通过多步 微扰优化可 得到最大副瓣电平最低时对应的dn。 4.根据权利要求1所述的基于异构子阵非均匀布局的波束扫描阵列优化设计方法， 其 特征在于， 所述 步骤3具体如下： 基于步骤2得到的多个1驱2异构子阵最优布局， 为进一步提升波束扫描性能， 采用唯相 位优化方法对各个异构 子阵内单元级相位进 行优化； 通过多步微扰优化各个异构 子阵内的 单元相位 和 ηn以抑制阵列在扫描时 的最大副瓣电平， 并采用一阶泰勒展开将子阵方向图 函数展开 为式(5)： 为了满足泰勒展开条件， 设单元相位微扰量幅值约束 其中μ′表示 可接受的最大相位 微扰量； 因此， 整个天线的阵列方向图函数 可以表示 为式(6) 基于此公式同时优化由多个1驱2异构子阵构成线阵， 在多个不同扫描角的辐射性能， 如式(7)所示： 其中K为设置的扫描角个数， ωi为权重系数， 表示波束指向第i个扫描角时对应的 副瓣区域， εi是为了控制波束指向第i个扫描角时阵列天线实现副瓣电平最小化引入的辅 助变量； 最后通过多步 微扰优化可 得到最优的 和 ηn。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115084874 A 3