引言

傳統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，無法實現多目標同時通信的應用需求。而相控陣天線通過開關控制每個天線單元的饋電相位從而實現波束掃描，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字多波束技術，相控陣天線能夠同時產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[1]。為實現全空域掃描，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，多個平面聯合作用實現全空域覆蓋；賦型陣列形式單元均勻分布在球面或柱面等立體表面，依托立體的結構形式實現全空域覆蓋[6-9]。

但由于以上布陣方式在多個平面連接處存在不連續性，因此在跟蹤目標時會出現波束切換的問題，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，單元之間是連續排布，因此波束掃描時不會出現波束切換的問題 [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，依據優化結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

（中國西南電子技術研究所，四川 成都 610036）