波束赋形--相控阵低副瓣实现方法
实现频段空间复用的一种有效方案是通过波束成形技术严格限制目标区域的旁瓣电平 。目录 加权法旁瓣抑制 其他旁瓣抑制技术 参考资料 *As shown below👇加权法旁瓣抑制平面相控阵方向图函数为，从中可以看出改变相邻天线单元之间的相位差，即“阵内相位差”β与α，即可实现天线波束的相控扫描实现低副瓣特性，可以采用的加权方法有幅度加权，密度加权，相位加权三种方法,也可以采用混合加权方法。1．幅度加权方法为获得所需的天线副瓣电平，阵列中各天线单元激励电流的幅度应按一定的照射函数进行加权，这种方法称为幅度加权方法。具体实现方法有两种，第一种可在馈线网络中采用等功率分配器方案，依靠设置在每一个天线单元通道中的衰减器来实现幅度加权。第二种采用不等功率分配器，依靠功分器分配比例的不同来实现幅度加权。两者相比，前者功率分配网络易于设计与生产，但要求众多衰减器，会带来阵列增益损失，而对后者来说，功率分配器设计较为复杂，但增益损失较小，实际应用中，应结合实际要求综合考虑。但是幅度加权与等幅馈电情况相比，会造成波束宽度展宽和损失天线增益。因此，在考虑具体加权方法时应进行折衷。2．密度加权方法密度加权天线阵实际上是一种不等间距加权天线阵。不等间距天线阵中各有源天线单元的间距是不相等的，靠近阵列中心的单元其间距小些，偏离阵列中心越远的单元之间的间距越大，但各个天线单元的激励电流的幅度都相同。在密度加权天线阵中，天线阵内的单元间距是相等的，但天线单元分为有源单元和无源单元，靠近阵列中心的有源单元多，偏离阵列中心的无源单元多。有源单元与馈电系统的功率分配器相连接，而无源单元则各自与吸收负载相连接。采用这种将有源单元置于等间隔栅格中的密度加权阵列，使天线阵中的发射组件具有同一种输出功率水平，接收组件具有同样的低噪放，因而只需要一个品种的发射/接收组件，而功率分配网络仍然是等功率的，这样非常有利于简化设计，便于生产和降低成本。密度加权阵采用概率统计方法设计。在设计密度加权天线阵时，先按副瓣要求选定一个幅度加权函数，它又称为天线的参考电流分布。阵列中每一个栅格位置上是否放置有源单元，由概率统计方法确定。用这种方法可等效地实现为降低天线副瓣电平所需的幅度加权。3．相位加权方法如果将波束控制信号加到阵列中每一个天线单元移相器的同时，还将相位加权信号加到阵列中部分单元的移相器上，改变阵列单元激励电流的相位，亦即改变阵列天线口径照射函数的相位分布，除了可实现天线波束扫描外，还可得到幅度加权和密度加权的效果，降低天线波束的副瓣电平。采用相位加权方法，同样先要选定降低天线副瓣所需的幅度加权照射函数，将它作为相位加权的参考照射函数，然后再用概率统计方法选择各个天线单元所需的相位加权值，这种方法实质上仍是一种通过相位调制实现的幅度加权方法。采用相位加权方法，相控阵天线的波束控制器，给每一个移相器提供的控制信号是天线波束指向的控制信号与相位加权控制信号之和。因此在原有相控阵天线的基础上，只要改变波束控制码，即可实现相位加权。若原有相控阵天线已用幅度加权，则相位加权可作为进一步降低天线副瓣的措施来使用。一些其他常见的旁瓣抑制技术自适应波束形成技术：利用自适应天线阵列，根据干扰抑制的程度和卫星位置来提供波束的控制。实质上是一种空域的滤波技术，可以降低天线阵列方向图的旁瓣，从而抑制旁瓣干扰的影响。当干扰信号强于期望信号时，该技术可能存在局限性，此时需要结合其他技术如自适应调零技术。自适应调零技术：在干扰源方向上进行自适应的调零，调整电波传输通道的相位、增益，以降低干扰源的效能。该技术能够“自主地”在干扰信号的方向上产生零陷以抑制干扰，是真正意义上的自适应波束形成技术。差分进化算法及其改进：传统差分进化算法（Differential Evolution, DE）在阵列天线旁瓣抑制中有一定应用，但迭代次数多、收敛速度慢。改进的差分进化算法，如缩放因子和交叉概率动态变化的差分进化算法（FCRDC-DE），可以提高收敛速度并降低旁瓣电平。时间调制技术：通过引入时间调制的概念，利用射频开关控制每个阵元在单个时间调制周期内的导通时间，进而形成等效的幅度加权。这种方法可以降低旁瓣电平，并且结合差分进化算法等优化方法，可以进一步改善旁瓣抑制效果。分段时间优化及可变分段时间优化：分段时间优化（SOTS）是一种时间调制方式，通过优化每个阵元所分的时间段数来降低旁瓣电平。可变分段时间优化（VSOTS）是对SOTS的改进，使每个阵元所分时间段数动态变化，从而进一步降低边带电平并保持主瓣宽度和旁瓣电平不变。联合算法：如IAN-CMT波束形成算法和联合IFT算法改进多约束LCMV算法等，这些算法通过综合多种优化策略，可以在保证主瓣性能的同时，精确调零旁瓣干扰方向。参考文献 [1] J. Li et al., "Asymmetric Sidelobe Suppression Array With Amplitude-Phase Controllable Metasurface," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 23, no. 10, pp. 2830-2834, Oct. 2024, doi: 10.1109/LAWP.2024.3408802.[2] 张光义,赵玉洁. 相控阵雷达技术. 北京:电子工业出版社,2006[3] 樊芳芳, “超宽带天线与相控阵天线系统研究,” 博士学位论文, 西安电子科技大学, 2011. Accessed: Nov. 12, 2024. 来源：微波工程仿真
