引言

传统的反射面天线依靠机械伺服装置来控制天线的波束指向，其实现波束扫描的时间较长，往往难以跟踪高速飞行的目标，无法实现多目标同时通信的应用需求。而相控阵天线通过开关控制每个天线单元的馈电相位从而实现波束扫描，这大大提高了波束扫描的速度和灵活性。另外，通过模拟多波束合成或数字多波束技术，相控阵天线能够同时产生多个波束快速捕获和跟踪多个目标，因此相控阵天线成为解决多目标通信的一种有效途径。

传统的相控阵天线大都采用平面阵列形式，随着扫描角度的增加，波束变宽、增益降低，其俯仰角覆盖范围一般在±60°之内[1]。为实现全空域扫描，可以采用立体阵[2]的阵列形式。立体布阵一般有两种设计思路: 多面体阵列形式和赋型阵列形式[3-5]，多面体阵列形式采用多个平面阵拼接，如4面或5面拼阵方案，每个面扫描一定范围，多个平面联合作用实现全空域覆盖；赋型阵列形式单元均匀分布在球面或柱面等立体表面，依托立体的结构形式实现全空域覆盖[6-9]。

但由于以上布阵方式在多个平面连接处存在不连续性，因此在跟踪目标时会出现波束切换的问题，这对后端的信号处理提出了更高的要求，增加了系统的复杂度。球面天线在各个角度进行波束扫描时能够保持波束增益几乎不变，因此该布局方式特别适用于需要大空域或者全空域波束扫描的场合[10-12]。另外，球形阵列天线的单元都位于球面上，单元之间是连续排布，因此波束扫描时不会出现波束切换的问题 [13-15]。

本文针对全空域多目标通信的应用需求，采用半球面加柱面的半球面布阵形式，实现对全空域范围的波束覆盖。为了获得最佳的天线性能，本文分析对比了不同激活角域、不同单元增益下的天线阵列增益性能，依据优化结果设计出合适的天线单元，进而得到一种最佳的全空域天线阵列形式。

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作者信息：

朱超

（中国西南电子技术研究所，四川 成都 610036）