(19)中华 人民共和国 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 202111538317.7 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 顾鹏飞　陈如山　丁大志　樊振宏　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 代理人 马鲁晋 (51)Int.Cl. H01Q 21/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种大规模宽角扫描相控阵天线分层设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种大规模宽角扫描相控阵 天线分层设计方法， 包括步骤： 建立相控阵天线 分层设计模 型， 每个不规则子阵形成一个模块面 板； 构造模块面板的候选矩阵； 基于最小控制节 点数与扫描角度覆盖的关系确定控制单元数量； 对不同扫描角度下的目标图案进行采样； 基于目 标图案采样值确定初始点向量； 基于初始点向量 通过凸松弛方法获取阵列配置模 型； 通过自适应 协方差矩阵进化策略求解模块面板相位中心， 进 行一级子阵面板的平铺。 在原有方法的基础上对 模块面板的相位中心进行稀布， 不仅实现了天线 单元的有效节省， 降低了制造成本， 且使得大规 模阵列的天线性能进一步提高， 能够实现宽角扫 描， 在实际应用中具有重大意 义。 权利要求书4页 说明书7页 附图4页 CN 114336089 A 2022.04.12 CN 114336089 A 1.一种大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 建立相控阵天线分层设计模型， 每 个不规则子阵形成一个模块 面板； 构造模块 面板的候选矩阵； 基于最小控制节点数与扫描角度覆盖的关系确定控制单 元数量； 对不同扫描角度下的目标图案进行采样； 基于目标图案采样值确定初始点向量； 基于初始点向量 通过凸松弛方法获取阵列配置模型； 通过自适应协方差矩阵进化策略求 解模块面板相位中心， 进行一级子阵面板的平铺。 2.根据权利要求1所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 建立相控阵天线分层设计模型 具体为： 建立一个由M ×N个天线单元组成的平面 阵， 该面阵天线单元分别沿着x轴和y轴放置， 平面上任何元 素通过两线性无关向量d1和d2的整数加权线性组合表示 为： rmn＝md1+nd2                 (1) 矩形晶格情况 下， d1＝[1/2 λ， 0]T和d2＝[0， 1/2 λ ]T， λ为阵列所处频率下对应的波长； 确定第k个子阵的子阵因子为： 其中k＝1 …K是每个子数组的索引号， 是位于第k个子阵的第i个单元的激励； k0＝2 π/ λ是波数， u＝(sinθ cosφ,sinθ sinφ)， θ∈[0， π ]， φ∈[0， 2 π ]， rik是第k个子阵中第i个元 素的空间位置向量， n 为第k个子阵的元 素个数； 确定K个子阵列组成的模块 面板阵列因子为： rk是第k个子阵的相位中心； 假设传感器 单元方向图EP(u)全部相同， 整个传感器阵列天 线方向图为： 式中， Fp是由第二级子数组组成的超级阵因子； 若移相器仅放置在一级子阵上， 天线方 向图扫描至u0处时为： 3.根据权利要求1所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 构造模块 面板的候选矩阵具体为： 另集合A表示整个阵面孔径， 由系数(m,n)组成， 每个子数组由A的一个子集表示， 设置 为B； 将孔径内所有可能的位置作为 候选集S＝{B1,…,Bκ}， κ 表示候选集总数；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114336089 A 2对集合A和 S进行编码， 生成二进制的候选矩阵L； L的每一行和每一列分别表示S中对应 的子集和A中对应的元 素； 若对应子集包 含对应元素， 则条目为1； 否则条目为0； 选择候选矩阵L中的行子集， 使数字1在每一列中出现一次； 确定 子数组划分矩阵T为： 是选择的子数组数量， 第l行和第n列Tln＝1表示将第n个元素分组到第l个子 数组中， 反 之亦然。 4.根据权利要求1所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 最小控制节点数与扫描角度覆盖的关系为： 其中θmax和φmax是两平面中的最大扫描角， θ3和φ3是两平面中的半功率波 束宽度。 5.根据权利要求1所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 对不同扫描角度下的目标图案进 行采样为采用全填充阵列辐射方向图作为目标， 采用静止 及扫描模式在(u,v)平面对期望 /参考模式采样。 6.根据权利要求5所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 在(u,v)平面对期望 /参考模式采样具体包括： 对于期望 /参考模式抽样， 定义采样点或方向： θk和φk分别为俯仰角 和方位角的第k个采样值， K1＝K2＝K， (u,v)平面域内的采样点位 置为： 得到K个方向图采样值 值构成的测量矢量Fref为： Fref＝[Fref(u0,v0),Fref(u1,v1),…,Fref(uK‑1,vK‑1)]T           (10) 7.根据权利要求1所述的大规模宽角扫描相控阵天线分层设计方法， 其特征在于： 所述 基于目标图案采样值确定初始点向量通过MT ‑BCS计算初始点向量， 并添加额外的约束xTL ＝1T， 将阵列模式匹配表示 为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114336089 A 3