(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 202211110629.2 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100000 北京市海淀区上园村 3号 (72)发明人 李雨键　王晓娟　王均宏　孙凡淇　 (74)专利代理 机构 北京超凡志成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11371 专利代理师 王术兰 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) H01Q 21/00(2006.01) H01Q 5/50(2015.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 基于相位调控的阵列天线带宽扩展 方法、 装 置及阵列天线 (57)摘要 本发明实施例提供了一种基于相位调控的 阵列天线带宽扩展方法、 装置以及阵列天线， 利 用基于小反射理论确定的一次反射模型计算公 式对阵列的反射系数进行计算， 可省去大规模阵 列的全波仿真时间， 大大提高设计效率。 利用基 于相位调控的阵列带宽扩展方法对阵列的带宽 进行扩展可节省对大规模阵列逐级增加调节匹 配的时间， 降低了设计的复杂度。 所提供的方法 简单高效， 有利于实现大规模阵列天线的宽带设 计。 权利要求书2页 说明书9页 附图8页 CN 115455823 A 2022.12.09 CN 115455823 A 1.一种基于相位调控的阵列天线带宽扩展方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 基于工程需求确定阵列天线的规模， 并根据 所述阵列天线的规模对宽带的子阵列和馈 电网络进行组阵； 其中， 所述馈电网络由多 级功分器并联而成； 基于小反射理论确定一 次反射模型公式， 所述一 次反射模型公式用来表示所述阵列天 线的反射系数与所述规模， 所述功分器的反射系数和所述馈电网络的路径长度的对应关 系； 结合优化算法调整所述馈电网络的路径长度增加值， 进而调整相位补偿值， 并利用所 述一次反射模型公式确定所述阵列天线对应的反射系数， 获得所述反射系数低于预设值的 最大带宽以及其对应的路径长度增 加值； 根据所述路径长度增加值改变所述馈电网络 中多条路径的路径长度， 并对所述功分器 进行重新组阵， 从而对所述阵列天线的带宽进行扩展。 2.根据权利要求1所述的阵列天线带宽扩展方法， 其特征在于， 所述一 次反射模型公式 如下表示： 其中， Γ为所述反射系数， Γi为所述功分器的反射系数， Tri＝1+Γi， Tri所述功分器的 传输系数， ΓL为所述阵列天线中的子阵列的反射系数， θi＝β Li， θ为相位延迟， β 为传播常 数， Li＝li+li'+Li‑1， Li为所述馈电网络的路径长度， li为馈电网络中功分器节点之间的路径 长度， li'为所述功分器节点之间的路径长度增 加值， M+N 为所述馈电网络中功分器的数量。 3.根据权利要求1所述的阵列天线带宽扩展方法， 其特征在于， 所述结合优化算法调整 所述馈电网络中多条路径的路径长度增加 值， 进而调整相位补偿值， 并利用所述一次反射 模型公式确定所述阵列天线对应的反射系数， 获得所述反射系数低于预设值的最大带宽以 及其对应的路径长度增 加值的步骤； 包括： 调整所述馈电网络中多条路径的路径长度增加值， 进而调整相位补偿值， 从而调整对 应馈电网络中多个小反射在不同工作频点处所产生的相位延迟， 其中馈电网络中多条路径 的路径长度增 加值对应优化 算法中的优化变量； 将所述小反射的相位代入所述 一次反射模型公式得到对应的反射系数的幅度值； 基于所述幅度值评估所述路径长度增加值的适应度， 其中适应度函数为阵列天线的反 射系数的幅度值低于预设幅度值的最大 带宽， 并进行多次迭代以获得最优解； 最终获得所述反射系数低于预设值的最大 带宽以及其对应的路径长度值增 加值。 4.根据权利要求3所述的阵列天线带宽扩展方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 基于下述公式评估所述路径长度增 加值的所述 适应度： BW'＝max( (fmax‑fmin)/f0) 其中， BW’为所述适应度， fmax为所述幅度值的上限对应 的频率， fmin为所述幅度值的下 限对应的频率， f0＝(fmax+fmin)/2为中心频率。 5.根据权利要求3所述的阵列天线带宽扩展方法， 其特征在于， 所述优化算法包括以下 算法之一： 粒子群优化 算法、 遗传算法、 模拟退火算法和 神经网络算法。 6.一种阵列天线带宽扩展设计装置， 其特 征在于， 所述设计装置包括： 第一确定模块， 用于基于工程需求确定 阵列天线的规模， 并根据所述阵列天线的规模权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455823 A 2对宽带的子阵列和馈电网络进行组阵； 其中， 所述馈电网络由多 级功分器并联而成； 第二确定模块， 用于基于小反射理论确定一次反射模型公式， 所述一次反射模型公式 用来表示所述阵列天线的反射系数与所述规模， 所述功分器的反射系数和所述馈电网络的 路径长度的对应关系； 第三确定模块， 用于结合优化算法调整所述馈电网络的路径长度增加值， 进而调整相 位补偿值， 并利用所述一次反射模型公式确定所述阵列天线对应的反射系 数， 获得所述反 射系数低于预设值的最大 带宽以及其对应的路径长度增 加值； 组阵模块， 用于根据所述路径长度增加值改变所述馈电网络中多条路径的路径长度， 并对所述功分器进行重新组阵， 从而对所述阵列天线的带宽进行扩展。 7.一种阵列天线， 其特征在于， 所述阵列天线为经权利要求1～5任一项所述的方法得 到的； 所述阵列天线包括： 馈电网络和子阵列； 所述馈电网络由多级功分器并联而成； 所述子 阵列作为终端负载 连接在馈电网络的输出端口上。 8.根据权利要求7所述的阵列天线， 其特征在于， 所述阵列天线还包括多个子 阵列， 所 述子阵列由多个功分器和多个辐射单 元组成。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455823 A 3