目前,，相控陣技術(shù)的應(yīng)用在民用雷達(dá),、衛(wèi)星通訊、環(huán)境與資源技術(shù),、工業(yè)無損檢測以及軍事等領(lǐng)域到了廣泛的使用,。隨著雷達(dá)觀測目標(biāo)種類的增多，要求雷達(dá)測量的目標(biāo)參數(shù)不斷增加,，并提高雷達(dá)電子對抗能力及目標(biāo)識別能力,，寬帶相控陣?yán)走_(dá)、有源相控陣?yán)走_(dá),、數(shù)字相控陣?yán)走_(dá),、多波段綜合一體化相控陣?yán)走_(dá)，成為當(dāng)今相控陣技術(shù)發(fā)展的重要方向,。大多數(shù)相控陣天線實現(xiàn)的目標(biāo)都是體積小,、重量輕、共形等問題,。較少針對高頻,、大功率，尤其是多波束、多狀態(tài)掃描進行討論,。本文針對這一現(xiàn)狀提出一種相控陣天線模型,，該模型利用圓極化微帶天線排列成16×16的方形平面陣列，此陣列具有工作頻率高,，實現(xiàn)增益大,，掃描范圍廣的特點。

1 加權(quán)方式和相位掃描

1.1 道爾夫-切比雪夫加權(quán)

在相控陣天線的設(shè)計中,，能降低副瓣電平的遞減分布具有實際意義,。然而副瓣電平和主瓣寬度是矛盾的，能在副瓣電平和主瓣寬度間進行最優(yōu)折中的是道爾夫一切比雪夫分布陣,。為此,，充分利用切比雪夫多項式的有用特性。切比雪夫多項式是如下的二階微分方程的解

則此式的解可寫成

其特性表明當(dāng)m是整數(shù)時,，Tm(x)在|x|<1的范圍內(nèi)是正弦振蕩函數(shù),，然后在|x|>1范圍內(nèi)以雙曲線型上升。如果能使Tm(x)的一段和陣因子相對應(yīng),，就能得到一個等副瓣的方向圖,。于是利用C語言編程，利用切比雪夫加權(quán)方式計算出各陣因子的電流幅度,，直接加權(quán),。

1.2 相位分布和波束掃描

如果電流分布是可分離的，此時陣因子可表示為

其中

這就是說αx和αy分別為口徑分布在x方向和y方向的均勻底邊相位,。當(dāng)波束掃描進行時,，方向和方向的相位差都不為零，此時在陣列法線方向各單元輻射場不再是同相疊加,，而是在偏離法線某一方向θ上由于各單元的波程差引起的相位差抵消了各移相器引入的相移,，各單元的輻射場變?yōu)橥喁B加，因而使θ成為最大輻射方向,。

在編程時考慮了相位分布,，使最后的參數(shù)矩陣包含相位因子，直接施之于陣列之上,，完成相位的分布和波束的掃描,。

2 天線單元設(shè)計

該陣列的天線單元采用微帶結(jié)構(gòu)，通過在貼片對角線E進行切角實現(xiàn)圓極化,。采用50Ω同軸探針進行饋電,，介質(zhì)板介電常數(shù)為2.1。天線結(jié)構(gòu)如圖1所示,，貼片尺寸3.1mm×3.1mm,，對角切角為腰長0.44mm的等腰三角形,，饋電點距圓心0.69mm。如圖2所示,，該單元工作頻率31GHz，工作帶寬達(dá)到6.4%,。

圖3是31GHz處天線單元的二維增益方向圖,，由仿真計算結(jié)果可知，31GHz處天線單元的增益約為7dB,，3dB波束寬度為88°,。31GHz處天線單元的軸比曲線如圖4所示。在(-60°,，60°)范圍內(nèi)<3 dB,。

3 相控陣陣列的設(shè)計

采用16×16的方形平面組陣方式，陣元間距為5.28mm,，在保證能夠?qū)崿F(xiàn)最窄波束情況下,，通過控制輻射單元的饋電實現(xiàn)可控多種波束多狀態(tài)掃描。本文利用Ansoft HFSS軟件對天線陣進行仿真,，采用自定義陣列模式,，陣列的相位權(quán)值在幾何文件中一一定義。

4 仿真結(jié)果

4.1 切比雪夫加權(quán)方式加權(quán)

圖5為陣元達(dá)到256個的時候,，陣列的單相掃描方向圖,。如圖所示，單相掃描角可以達(dá)到40°,，此時增益達(dá)到22dB,，波束寬度為9.36°，副瓣28.6dB,。

圖6為雙相掃描進行時的方向圖,。此時掃描角為36°×51°，增益基本不變,，副瓣降低至40dB以下,，波束寬度達(dá)到8.5°×12.5°。

為了達(dá)到多波束掃描,，得到更寬的波束,，在原陣基礎(chǔ)上，利用發(fā)射/接收組件控制陣元饋電,，減少陣元,，只取8×8的陣列進行饋電，間距不變,，掃描結(jié)果如圖7所示,，掃描角基本不變36°×48°,，增益降低，波束寬度展寬至18.7°×26.8°,，副瓣升高,。

為了降低副瓣，對12×12的單元進行饋電,，間距仍然不變,，如圖8所示，此時的掃描角為36°×51°,，增益升高同時波束寬度達(dá)到12°× 17°,，但副瓣可降至40dB以下。

4.2 與泰勒加權(quán)比較

等副瓣切比雪夫陣列的輻射特性很好,，但其兩端單元的激勵電流幅度往往比其鄰單元的電流幅度大很多,，這就對陣列的饋電造成困難。本文利用泰勒加權(quán),，得到方向圖只有靠近主瓣的前幾個副瓣的電平接近相等,，隨后的各副瓣電平單調(diào)遞減。這里只對16×16的陣列進行加權(quán)得到掃描角39°,，增益達(dá)到23.3dB,，波束寬度8.7°，副瓣20dB,，并沒有降低副瓣,，但是副瓣確實呈現(xiàn)遞減趨勢。

5 結(jié)束語

隨著相控陣天線在工程上的應(yīng)用,，相控陣技術(shù)成為未來電子對抗領(lǐng)域中主要技術(shù)發(fā)展方向,，應(yīng)用前景十分廣闊。文中所介紹的設(shè)計思路,，天線陣元結(jié)構(gòu),、天線陣列結(jié)構(gòu)、掃描范圍波束寬度改變等技術(shù),，將會為以后的設(shè)計工作提供借鑒,。