相信大家對于python這個詞都不陌生,不管是不是學(xué)技術(shù)的,這些年幾乎都會隨時聽聽到這個詞,因為最直接的,隨著科技的發(fā)展,python在工人智能領(lǐng)域,特別方便,很多開源的人工智能框架,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)計領(lǐng)域巨大的潛力,是人工智能與天線設(shè)計的一次親密接觸。接下來就帶大家一起看看使用python設(shè)計不同線陣的應(yīng)用后,通過自動化設(shè)計大大提升了天線的設(shè)計效率和提高工作效率的這一個過程。
圖1陣列天線自動設(shè)計
均勻線陣
常見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階切比雪夫多項式如下:
當(dāng)天線的波瓣特性和切比雪夫多項式曲線一致時,該天線輻射特性具有切比雪夫特性,此時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,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:
1.主瓣兩側(cè)的若干副瓣電平大小相似;
2.其余區(qū)域副瓣電平會單調(diào)減小。由以上特點可知,陣列天線的激勵從中間往兩側(cè)會單調(diào)遞減,不會發(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個副瓣電平接近相等的性質(zhì),同時在遠(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。其零點位置為:
S(m)=0。該式說明,對泰勒線源進(jìn)行抽樣時,抽樣結(jié)果只與抽樣點數(shù)相關(guān),可以看出激勵幅度與單元數(shù)量有關(guān),而和單元間距無關(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
無人機(jī)陣列干擾天線設(shè)計
根據(jù)當(dāng)前項目需求,設(shè)計一款2.4GHz的無人機(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,同時有利于饋電設(shè)計。
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,實現(xiàn)了12dBi的天線增益,該平面天線不增加重量及體積,同時高增益有助于增強(qiáng)對無人機(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施時,該天線安裝在云臺上,通過陀機(jī)控制云臺方位與俯仰,對目標(biāo)無人機(jī)實施干擾。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:Python無人機(jī)陣列干擾天線自動化設(shè)計
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