一種低成本恒波束陣列天線設計

1 引言

陣列天線是將若干個相同的天線按一定的規律排列起來組成的天線陣列系統，組成天線陣的獨立單元稱為陣元。相比于單天線，陣列天線易實現窄波束、賦形波束或多波束等優點，從而應用廣泛。在雷達、通訊等眾多領域中，往往需要特殊形式的天線波束，即天線賦形波束[1,2]。波束賦形，屬于陣列方向圖綜合設計，一直是陣列天線應用中的關鍵技術，是天線研究領域的熱點問題。陣列方向圖綜合和優化的方法有很多種[3]，主要是通過優化算法計算并調整陣元幅度、相位值。比如經典的切比雪夫綜合法[4]，在給定主瓣寬度的情況下獲得最低旁瓣電平且等旁瓣，在給定旁瓣電平的情況下獲得最窄主瓣寬度；泰勒綜合法，前幾個旁瓣電平基本相等，后面逐漸遞減；伍德沃德法，可以綜合任意形狀的方向圖。這些方法的優點是可靈活控制波束指向，甚至同時形成多個波束等，缺點是天線系統需要移相器、波控計算機等組件，成本較高。本文提出的方法，不改變陣元的幅度與相位，僅調整陣元空間分布獲得天線賦形波束，相對而言，結構簡單成本低。

寬帶陣列天線由于口徑固定，當頻率升高時天線3 dB波束寬度變小，天線的覆蓋空域隨之降低。在通信或雷達等應用中，我們總希望天線波束保持恒定。本文針對一種寬頻帶內恒波束需求，介紹一種通過調整人體陣元位置獲得恒定波束的方法。該方法在工程上易實現并且成本低廉。

2 陣列結構及分析

該寬帶恒波束陣列模型結構如圖1所示，6元陣列天線，單元為帶金屬反射板的半波振子天線。……