引言

傳統(tǒng)的反射面天線依靠機械伺服裝置來控制天線的波束指向，其實現(xiàn)波束掃描的時間較長，往往難以跟蹤高速飛行的目標，無法實現(xiàn)多目標同時通信的應用需求。而相控陣天線通過開關(guān)控制每個天線單元的饋電相位從而實現(xiàn)波束掃描，這大大提高了波束掃描的速度和靈活性。另外，通過模擬多波束合成或數(shù)字多波束技術(shù)，相控陣天線能夠同時產(chǎn)生多個波束快速捕獲和跟蹤多個目標，因此相控陣天線成為解決多目標通信的一種有效途徑。

傳統(tǒng)的相控陣天線大都采用平面陣列形式，隨著掃描角度的增加，波束變寬、增益降低，其俯仰角覆蓋范圍一般在±60°之內(nèi)[1]。為實現(xiàn)全空域掃描，可以采用立體陣[2]的陣列形式。立體布陣一般有兩種設計思路: 多面體陣列形式和賦型陣列形式[3-5]，多面體陣列形式采用多個平面陣拼接，如4面或5面拼陣方案，每個面掃描一定范圍，多個平面聯(lián)合作用實現(xiàn)全空域覆蓋；賦型陣列形式單元均勻分布在球面或柱面等立體表面，依托立體的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)全空域覆蓋[6-9]。

但由于以上布陣方式在多個平面連接處存在不連續(xù)性，因此在跟蹤目標時會出現(xiàn)波束切換的問題，這對后端的信號處理提出了更高的要求，增加了系統(tǒng)的復雜度。球面天線在各個角度進行波束掃描時能夠保持波束增益幾乎不變，因此該布局方式特別適用于需要大空域或者全空域波束掃描的場合[10-12]。另外，球形陣列天線的單元都位于球面上，單元之間是連續(xù)排布，因此波束掃描時不會出現(xiàn)波束切換的問題 [13-15]。

本文針對全空域多目標通信的應用需求，采用半球面加柱面的半球面布陣形式，實現(xiàn)對全空域范圍的波束覆蓋。為了獲得最佳的天線性能，本文分析對比了不同激活角域、不同單元增益下的天線陣列增益性能，依據(jù)優(yōu)化結(jié)果設計出合適的天線單元，進而得到一種最佳的全空域天線陣列形式。

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作者信息：

朱超

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）