Python無(wú)人機(jī)陣列干擾天線自動(dòng)化設(shè)計(jì)

相信大家對(duì)于python這個(gè)詞都不陌生，不管是不是學(xué)技術(shù)的，這些年幾乎都會(huì)隨時(shí)聽(tīng)聽(tīng)到這個(gè)詞，因?yàn)樽钪苯拥?，隨著科技的發(fā)展，python在工人智能領(lǐng)域，特別方便，很多開(kāi)源的人工智能框架，都優(yōu)先使用python。在射頻領(lǐng)域， python展現(xiàn)出在陣列天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域巨大的潛力，是人工智能與天線設(shè)計(jì)的一次親密接觸。接下來(lái)就帶大家一起看看使用python設(shè)計(jì)不同線陣的應(yīng)用后，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)計(jì)大大提升了天線的設(shè)計(jì)效率和提高工作效率的這一個(gè)過(guò)程。

圖1陣列天線自動(dòng)設(shè)計(jì)

均勻線陣

常見(jiàn)的線陣綜合法主要有均勻幅度法、切比雪夫綜合法和泰勒綜合法，其中，切比雪夫和泰勒綜合法是實(shí)現(xiàn)低副瓣陣列天線的兩種方法，具有副瓣電平可控的特性。作為本系列線陣的結(jié)束篇，回顧一下切比雪夫綜合法和泰勒綜合法。

切比雪夫綜合法

P階切比雪夫多項(xiàng)式如下：

當(dāng)天線的波瓣特性和切比雪夫多項(xiàng)式曲線一致時(shí)，該天線輻射特性具有切比雪夫特性，此時(shí)旁瓣的幅度都均相等。由上式可知，當(dāng)陣列單元為偶數(shù)階時(shí)，其陣因子如下：

泰勒綜合法

泰勒綜合法的線陣輻射特性具有如下特點(diǎn)：

1.主瓣兩側(cè)的若干副瓣電平大小相似;

2.其余區(qū)域副瓣電平會(huì)單調(diào)減小。由以上特點(diǎn)可知，陣列天線的激勵(lì)從中間往兩側(cè)會(huì)單調(diào)遞減，不會(huì)發(fā)生切比雪夫綜合法中的跳變現(xiàn)象，方向圖函數(shù)為：

上式為構(gòu)造的泰勒空間因子，具有理想空間因子可調(diào)副瓣電平和前n-1個(gè)副瓣電平接近相等的性質(zhì)，同時(shí)在遠(yuǎn)區(qū)副瓣保持了基本函數(shù)的副瓣峰值，也具備μ-1的衰減特性。其零點(diǎn)位置為：

S(m)=0。該式說(shuō)明，對(duì)泰勒線源進(jìn)行抽樣時(shí)，抽樣結(jié)果只與抽樣點(diǎn)數(shù)相關(guān)，可以看出激勵(lì)幅度與單元數(shù)量有關(guān)，而和單元間距無(wú)關(guān)。下面展示了基于泰勒綜合法的20元陣列和40元陣列得到的方向圖，可看到陣元數(shù)越多，天線主瓣波束越窄。

a. 單元數(shù)為20，陣元間距d為λ，指向0度

圖 3 20陣元天線

b. 單元數(shù)為40，陣元間距為d為λ，指向0度

圖 4 40陣元天線

無(wú)人機(jī)陣列干擾天線設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)前項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)一款2.4GHz的無(wú)人機(jī)平面陣列干擾天線，陣元如下圖所示，該天線陣元可展寬天線工作帶寬，同時(shí)有利于饋電設(shè)計(jì)。

圖 5 陣元結(jié)構(gòu)圖結(jié)合上一節(jié)分析性的結(jié)果，這里該陣列干擾天線采用泰勒綜合法抑制副瓣電平，實(shí)現(xiàn)了12dBi的天線增益，該平面天線不增加重量及體積，同時(shí)高增益有助于增強(qiáng)對(duì)無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程干擾能力，下圖分別給出陣列天線的方向圖與增益。

圖 6 干擾天線方向圖工程實(shí)施時(shí)，該天線安裝在云臺(tái)上，通過(guò)陀機(jī)控制云臺(tái)方位與俯仰，對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)實(shí)施干擾。

審核編輯：湯梓紅