以微带阵列天线的空腔模型分析法为基础，完成了LS波段的4元线极化微带阵列天线的设计。利用HISS仿真软件构建了阵列天线的物理模型．利用HFSS宏定义优化了天线的尺寸参教，通过数据后处理得出了驻波比、反射系数、增益方向Iit和电场方向图等曲线。仿真设计结果表明，该4元微带阵列天线各项性能良好．满足天线工程的需要。

§5.4 相控阵天线的方向性系数 平面阵列天线的方向性系数前面已经讨论过，只不过这里作了详细推导。 216

摘要：将电磁矢量传感器(EVS,electromagnetic vetor sensor)信号处理法与传统MIMO信号处理有机地结合，建立了基于EVS的多天线三维信道模型。采用多重信号分类(MUSIC,multiple signal classification)算法对MIMO的达波信号方向(DOA,direction of arrival)进行空间谱估计，导出基于EVS的三维空间信道解析式，阐明了EVS信号处理与MIMO多径信道相关性的关系。与传统标量传感器阵列(SSA,scalar sensor array)MIMO天线阵列比较，EVS阵列能获取达波信号的多维极化信息，同时具有空间域和极化信号处理能力。因此可缓解空间多径信道相关性，使空间极化分量的相关性趋于零值，而且使MIMO系统性能受空间结构的影响较小。理论分析和仿真结果表明在提高MIMO天线系统性能上，基于EVS阵列的系统比SSA系统具有更高的优越性。

本文首先研究了一种可用于Ku波段卫星通信的宽频带双极化微带天线阵的设 计。双极化微带单元采用两个相互垂直的“H”形槽耦合馈电的结构，天线两种正交 的线极化状态分别由两个。H”形口径产生。结果显示这种结构的天线频带宽、隔离 度高，交叉极化性能也很好。然后利用此双极化单元分别设计了并联馈电及串联馈电 的八元均匀直线阵。之后还设计了两种方式馈电的低副瓣电平一维阵列，详细介绍了 不等分馈电网络的设计，仿真的结果表明，天线阵性能满足设计要求。此后，基于阵 列天线的基本理论，详细分析了以八元一维阵为子阵的平面阵。 本文另一部分主要的工作是基于遗传算法的阵列天线综合，遗传算法以其独特的 优点，很适合于解决天线阵综合这类复杂的非线性优化问题。本文在遗传算法原理和 传统综合方法的研究基础上，重点研究了实数遗传算法在阵列天线低副瓣综合、方向 图赋形综合和方向图置零这三类综合问题中的应用，并给出了不同条件下的仿真算 例，计算结果表明，基于遗传算法的阵列综合达到了很好的效果。

(1) 等副瓣电平； (2) 在相同副瓣电平和相同阵列长度下主瓣 窄，称为 佳阵列； (3) 单元数多，且副瓣电平要求不是很低时，阵列两端单元激励幅度跳变大，使 馈电困难。 在此之前我们分析的阵列天线，其副瓣电平均较高。为了使雷达系统具有较 高的抗干扰、抗反辐射导弹等的能力，往往要求雷达天线的副瓣尽量低。采用道 尔夫—切比雪夫综合法、泰勒综合法等设计的阵列天线就可实现低副瓣。 2.1.1 用单位圆说明实现低副瓣阵列的概念 在第一章§1.7 节利用谢昆诺夫单位圆分析等间距阵列天线中，阐述了阵列

本文围绕平面反射阵天线设计中双频的问题进行了深入探讨和研究，提出一种新型的Ku/Ka平面反射阵列天线单元，并针对双频单元之间相互耦合的问题创新性地提出一种耦合抑制结构，获得了良好的耦合抑制效果，最后将双频单元应用于双平面反射阵列天线设计中，并对其展开了实验研究。本文研究主要内容如下： 1. 针对双频单元共面的要求，在综合考虑单元的移相性能之后分别提出一种采用双层结构设计的工作在Ku和Ka两个频段的单元。 2. 为了抑制两个频段单元之间的相互耦合的影响实现双频的功能，创新性地提出一种添加固定环抑制单元耦合的设计思路，并且对该思路进行了验证。 3. 对平面反射阵天线涉及到的原理、移相单元类型及常用分析方法作了比较系统的总结（平面反射阵天线工作原理、几何光学法和单元移相特性分析方法），为双频单元的设计提供了理论指导和技术支持。 4. 对设计的Ku/Ka双平面反射阵天线进行了实物加工并在老师指导下完成了测试工作，验证了平面反射阵天线与卡塞格伦天线结合的思路的可行性。

本文设计的X波段宽带微带阵列天线的天线单元即是采用这种缝隙耦合馈电的双层微带天线。为了减小背向辐射，采用带状线作为天线单元的馈电线和阵列的馈电网络。

SDK FOC V4.2 新增特性

§5.5 阵列天线中各单元之间的互耦影响 相控阵天线是由大量辐射单元组成的，单元之间的互耦效应将使阵列单元 馈电电路的反射增大，甚至出现盲区，使天线无法工作。 一个有限口径的相控阵，由于单元在阵列中的位置不同则受周围单元的互 耦影响就不同，互耦不仅影响单元的馈电电路中的反射，还将影响单元的方向 图。在前面的阵列辐射方向图分析中没有考虑阵列的互耦影响。 阵列中的某个单元仅受邻近的一些单元的互耦影响。互耦的大小除与距离 有关外还与单元的方向图、极化等有关。在相控阵天线的扫描过程中，随着波 束指向的变化，互耦影响也将变化，扫描角度愈大，互耦就愈严重。另一方面， 相控阵天线为了不出现栅瓣，往往使得单元间距较小而排列较紧密，互耦也必 然会增强。因此，在相控阵天线中互耦是不可忽略，且是在不断变化的。其后 果是：将引起单元阻抗失配；影响功率发射；阵列方向图畸变；以至出现扫描 盲区等等。 互耦是两个天线之间的能量相互耦合效应或电磁感应。由于单元具有较宽 的方向图，故不可能将能量集中在一个方向辐射，或只接收某一方向的入射波。 发射时，辐射能量将沿着方向图不为零的所有方向辐射，因此就有一部分能量 进入其它的单元方向图不为零的作用范围内而被接收，于是在这个单元上产生 感应电流而被再激励(寄生激励)。这个寄生激励的能量又以其固有的方向图辐射 出去，且其中的一部分又耦合回原来的单元中。同时，还有一部分进入到信号 源中，而产生反射引起失配。这种现象称为单元间的互耦影响。 如果波束扫描，则单元间的相位差随之变化。于是一个单元耦合到另一个 单元的能量也将改变，从而改变了互耦能量的强弱。能量耦合与单元方向图、 极化、阵列馈电网格形状等有关。单元方向图愈尖锐，互耦就愈弱，但是单元 方向图愈尖锐则阵列波束扫描范围愈窄。所以在单元方向图的选择上要全面考 217

【例 3.6】有一个方形栅格排列的圆口径平面阵，M=N=20， / 2x yd d λ= = ， 设其方向图副瓣电平为 SLL=－15dB，若取 6n = ，要求： (1) 计算圆口径泰勒方向图和连续口径分布； (2) 计算圆口径阵列在四个剖面 的方向图； o o o0 ,15 , 30 , 45ϕ = o (3) 计算并绘出三维方向图。 解：圆口径半径为 / 2 5xa Md λ= = ，主副瓣比 。 / 20 0 10 5.6234 SLLR −= = 由式 (3.111) 可计算并绘出归一化方向图如图 3-35(a) 所示，图中 2 sin / 10sinu a θ λ θ= = ，因 0 ~ / 2θ π= ，所以 u=0 ~ 10；由式(3.114)可计算并绘 出连续的圆口径泰勒泰勒分布如图 3-35(b)所示，图中 /p aπρ= ，因 0 ~ aρ = ， 则 p=0 ~π 。 (a) 圆口径泰勒方向图 (b) 圆口径泰勒分布 图 3-35 圆口径泰勒方向图及口径分布 对于离散的圆口径阵列，第 mn 个单元的激励分布为 ( ) ( /mn mn mn )I g aρ πρ= ， 可对上图(b)进行抽样得到。然后由前面式(3.128)可计算并绘出方形栅格圆口径 在四个剖面内的方向图如图 3-36 所示。 190