互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法.pdf

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1、(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 202311417688.9(22)申请日 2023.10.30(71)申请人 金陵科技学院地址 211169 江苏省南京市江宁区弘景大道99号(72)发明人 赵嫔姣杨娟胡国兵王利伟陈恺王越(74)专利代理机构 南京钟山专利代理有限公司 32252专利代理师 上官凤栖(51)Int.Cl.H01Q 1/52(2006.01)H01Q 21/00(2006.01)G06F 30/20(2020.01)G06F 17/18(2006.01)(54)发明名称一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法(5。

2、7)摘要本发明提供了一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法，其实现步骤是：设计差分求和平移不变策略以抑制阵元间互耦；基于上述策略给出一种自由度扩展且互耦抑制的疏阵列构型设计实例；推导该稀疏阵列构型在差分共阵域、求和共阵域以及求和差分共阵域的连续区间，并计算阵列连续自由度；计算阵列构型的权重函数，用于评价阵元间的互耦效应强弱。本发明解决了现有阵列设计中阵元间互耦效应较高的问题，在实现自由度提升的同时抑制了阵元间互耦。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 117613553 A2024.02.27CN 117613553 A1.一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于，所述稀疏阵列构型由。

3、总阵元数为NN1+N2的3个子阵组成，第一个子阵包含N1个阵元且阵元间距为N1d，第二个子阵和第三个子阵总共包含N2个阵元，是通过对包含密集子阵的嵌套阵或其衍生阵列施加差分平移不变策略和求和平移不变策略而生成的新子阵，其中，N1N22n，n2且d表示归一化的阵元间距。2.如权利要求1所述的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于：所述差分平移不变策略和求和平移不变策略分别为：对于两个子阵和其中，表示子阵中第M1个阵元，表示子阵中第M2个阵元；差分平移不变策略为：求和平移不变策略为：式 中，表 示 提 取中 前 M1 1 个 阵 元 而 形 成 的 子 阵；表示提取中后M11个阵元而形成的子阵。

4、；和分别表示逐步差分算子和逐步求和算子；0表示平移不变因子。3.如权利要求1所述的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于：所述稀疏阵列构型的阵元位置分布满足：其中，和分别是稀疏阵列构型中的三个子阵，位置分布如下：式中，N1N2N0，N04为偶数，和分别表示和中的位置索引。4.如权利要求3所述的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于：所述稀疏阵列构型在差分共阵域、求和共阵域以及求和差分共阵域的连续区间分别为：在差分共阵域的连续区间为：(S1，S1)，其中，在求和共阵域的连续区间为：(S2，S3)，其中，S2S1+1，在求和差分共阵域的连续区间为：(S3，S3)。5.如权利要求4所述的一种。

5、互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于：所述稀疏阵列构型的最大连续自由度为：6.如权利要求4所述的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于：所述稀疏阵列权利要求书1/2 页2CN 117613553 A2构型中，用于评价互耦效应的前三个权重函数分别为：(1)1、(2)N02和(3)2；其中，权重函数(l)表示与共阵索引l相对应的阵元对的势。7.一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线的设计方法，其特征在于，包括：设计用于抑制阵元间互耦的差分求和平移不变策略；定义由总阵元数为NN1+N2的3个子阵组成的稀疏阵列构型，第一个子阵包含N1个阵元且阵元间距为N1d，第二个子阵和第三个子阵总共包含N2个阵元，是。

6、通过对包含密集子阵的嵌套阵或其衍生阵列施加差分平移不变策略和求和平移不变策略而生成的新子阵，其中，N1N22n，n2且d表示归一化的阵元间距。8.如权利要求7所述的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线的设计方法，其特征在于：所述差分平移不变策略和求和平移不变策略分别为：对于两个子阵和其中，表示子阵中第M1个阵元，表示子阵中第M2个阵元；差分平移不变策略为：求和平移不变策略为：式 中，表 示 提 取中 前 M1 1 个 阵 元 而 形 成 的 子 阵；表示提取中后M11个阵元而形成的子阵；和分别表示逐步差分算子和逐步求和算子；0表示平移不变因子。权利要求书2/2 页3CN 117613553 A3一种。

7、互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法技术领域0001本发明属于阵列天线设计技术领域，具体涉及一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法。背景技术0002阵元间互耦效应是评价阵列设计性能的一个重要指标，该效应一般随阵元间距的增大而减少。相比于均匀阵列，稀疏阵列采用一定的规则进行稀疏布阵，削弱了阵元间互耦效应的同时提升了阵列自由度。0003现有的阵列构型设计中，最为典型的是互质阵列及其衍生阵列和嵌套阵列及其衍生阵列，互质类阵列构型的虚拟共阵中存在孔洞，严重影响了阵列连续自由度；嵌套类阵列构型中存在密集分布的子阵，阵元间互耦较强，严重影响算法测向性能。发明内容0004本发明针对现有技术中的不足，提。

8、供一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法，对嵌套类阵列构型中的密集子阵施加差分求和平移不变策略，提升阵列自由度的同时抑制阵元间互耦，从阵列设计层面提升测角性能。0005为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：0006一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，其特征在于，所述稀疏阵列构型由总阵元数为NN1+N2的3个子阵组成，第一个子阵包含N1个阵元且阵元间距为N1d，第二个子阵和第三个子阵总共包含N2个阵元，是通过对包含密集子阵的嵌套阵或其衍生阵列施加差分平移不变策略和求和平移不变策略而生成的新子阵，其中，N1N22n，n2且d表示归一化的阵元间距。0007为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：。

9、0008进一步地，所述差分平移不变策略和求和平移不变策略分别为：0009对于两个子阵和其中，表示子阵中第M1个阵元，表示子阵中第M2个阵元；0010差分平移不变策略为：00110012求和平移不变策略为：00130014式中，表示提取中前M11个阵元而形成的子阵；表示提取中后M11个阵元而形成的子阵；说明书1/5 页4CN 117613553 A4和分别表示逐步差分算子和逐步求和算子；0表示平移不变因子。0015进一步地，所述稀疏阵列构型的阵元位置分布满足：其中，和分别是稀疏阵列构型中的三个子阵，位置分布如下：0016001700180019式中，N1N2N0，N04为偶数，和分别表示和中的位。

10、置索引。0020进一步地，所述稀疏阵列构型在差分共阵域、求和共阵域以及求和差分共阵域的连续区间分别为：0021在差分共阵域的连续区间为：(S1，S1)，其中，0022在求和共阵域的连续区间为：(S2，S3)，其中，S2S1+1，0023在求和差分共阵域的连续区间为：(S3，S3)。0024进一步地，所述稀疏阵列构型的最大连续自由度为：0025此外，本发明还提出了一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线的设计方法，其特征在于，包括：设计用于抑制阵元间互耦的差分求和平移不变策略；定义由总阵元数为NN1+N2的3个子阵组成的稀疏阵列构型，第一个子阵包含N1个阵元且阵元间距为N1d，第二个子阵和第三个子阵总共包。

11、含N2个阵元，是通过对包含密集子阵的嵌套阵或其衍生阵列施加差分平移不变策略和求和平移不变策略而生成的新子阵，其中，N1N22n，n2且d表示归一化的阵元间距。0026进一步地，所述差分平移不变策略和求和平移不变策略分别为：0027对于两个子阵和其中，表示子阵中第M1个阵元，表示子阵中第M2个阵元；0028差分平移不变策略为：00290030求和平移不变策略为：00310032式中，表示提取中前M11个阵元而形成的子阵；表示提取中后M11个阵元而形成的子阵；和分别表示逐步差分算子和逐步求和算子；0表示平移不变因子。0033本发明的有益效果是：本发明提供了一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计说明。

12、书2/5 页5CN 117613553 A5方法，对嵌套类阵列构型中的密集子阵施加差分求和平移不变策略，解决了现有阵列设计中阵元间互耦效应较高的问题，提升阵列自由度的同时抑制阵元间互耦，从阵列设计层面提升测角性能。附图说明0034图1是本发明提供的互耦抑制的稀疏阵列构型天线的设计流程示意图。0035图2是本发明提供的互耦抑制稀疏阵列(ZRSAMC)与对比阵列(NA、TNA、OSNAI和OSNAII)的连续自由度随阵元数变化对比图。具体实施方式0036下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。。

13、基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。0037如图1所示，本发明提供了一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线，该稀疏阵列构型的设计方法包括如下步骤。0038步骤1：设计差分求和平移不变策略抑制阵元间互耦。0039对于两个子阵和其中，ap1表示子阵中第一个阵元，表示子阵中第M1个阵元；bq1表示子阵中第一个阵元，表示子阵中第M2个阵元，差分求和平移不变策略同时满足以下差分平移不变策略和求和平移不变策略：0040(1)差分平移不变策略：00410042(2)求和平移不变策略：00430044式中，表示提取中前M11个阵元而形成的子。

14、阵；表示提取中后M11个阵元而形成的子阵；和分别表示逐步差分算子和逐步求和算子；0表示平移不变因子。0045步骤2：基于步骤1中的策略，给出一种自由度扩展且互耦抑制的疏阵列构型设计实例，包括：确定子阵列的数目、包含的阵元数目以及阵元间距；计算阵元位置分布的解析表达式。0046(1)确定子阵列的个数、子阵包含的阵元数目以及阵元间距：0047考虑总阵元数为NN1+N2的3个子阵组成的阵列构型，第一个子阵包含N1个阵元且阵元间距为N1d；第二个子阵和第三个子阵总共包含N2个阵元，其构成是通过对包含密集子阵的嵌套阵(或其衍生阵列)施加差分求和平移不变策略而生成的新子阵，其中，N1N2说明书3/5 页6。

15、CN 117613553 A62n，n2且d表示归一化的阵元间距取值为入射信号波长的一半，为了描述方便，令N1N2N0，N04表示一个偶数。0048(2)计算阵元位置分布的解析表达式：0049给出一个满足互耦抑制的稀疏阵列构型设计实例，阵元位置分布满足：其中，和分别表示阵列设计实例中三个子阵的位置分布，即0050005100520053式中，和分别表示子阵和中的位置索引。0054步骤3：根据步骤2中的阵列构型，推导其在差分共阵域、求和共阵域以及求和差分共阵域的连续区间，计算阵列最大连续自由度，包括：0055(1)差分共阵的连续区间：0056本实施例提出的稀疏阵列在差分共阵域的最大连续区间为：(。

16、S1，S1)，其中，0057(2)求和共阵的连续区间：0058本实施例提出的稀疏阵列在求和共阵域的连续区间为：(S2，S3)，其中，S2S1+1，0059(3)求和差分共阵的连续区间：0060由于差分虚拟阵与求和虚拟阵列无缝链接，本实施例提出的稀疏阵列在整个差分共阵域是连续的，连续区间为：(S3，S3)；0061(4)计算最大连续自由：0062步骤4：基于步骤2中的阵列构型，计算权重函数(1)、(2)和(3)。0063利用权重函数(l)评价阵元间的互耦效应强弱，在实际应用中通常选取前三个权重函数进行互耦效应评价，即：(1)，(2)，(3)。定义权重函数(l)表示与共阵索引l相对应的阵元对的势，。

17、例如对于一个阵列分布集1，2，3，7，9，(1)2表示阵列分布集中各阵元位置差值为1的阵元对的数量(211，321)；(2)2表示阵列分布集中各阵元位置差值为2的阵元对的数量(312，972)；(3)0表示阵列分布集中各阵元位置差值为3的阵元对的数量。根据步骤2中给出的阵元位置分布，计算权重函数 (1)1、(2)N02和(3)2，上述结果表明该阵列构型中，共阵索引为1的阵元对数仅为1，共阵索引为2的阵元对数为N02，共阵索引为3的阵元对数为2，阵元间互耦效应得到了明显抑制。0064图2是本发明公开的互耦抑制稀疏阵列(ZRSAMC)与对比阵列(NA、TNA、OSNAI和OSNAII)的连续自由度。

18、随阵元数变化对比图。由图2可知，所有阵列的阵列自由度均随阵元数的增加而增加，在相同阵元数情况，ZRSAMC具有更高的连续阵列自由度。0065综上，本发明提供的一种互耦抑制的稀疏阵列构型天线及其设计方法，在实现过说明书4/5 页7CN 117613553 A7程中对包含密集子阵的嵌套类阵列构型施加差分求和平移不变策略，提升阵列自由度的同时抑制阵元间互耦，解决了现有同类阵列设计方法中阵元间互耦与阵列自由度之间的矛盾的问题，从阵列设计层面提升测向性能。0066以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。说明书5/5 页8CN 117613553 A8图1图2说明书附图1/1 页9CN 117613553 A9。