16×16多波束相控阵天线的设计

绍了一种新型256元的Ka波段圆极化贴片天线阵列。该天线阵具有多波束扫描、扫描范围广等特点。利用切比雪夫加权方式，实现多种波束的多状态扫描。设计结果表明，在中心频率31GHz处，扫描范围可达到±40°，波束宽度可控。 《16×16多波束相控阵天线的设计》这篇文章主要探讨了一种创新的256单元Ka波段圆极化贴片天线阵列设计，这种设计旨在实现多波束扫描和广泛扫描范围的功能。文章的核心是利用切比雪夫加权方法来实现多状态扫描，同时保持良好的波束宽度控制。 在相控阵天线技术中，多波束和多状态扫描是提升系统性能的关键要素。本文提出的设计方案基于16×16的方形平面阵列，由256个微带天线单元组成，每个单元工作在31GHz的中心频率。这种设计特别强调高频操作、大增益以及广泛的扫描范围。通过道尔夫-切比雪夫加权方式，可以有效地降低副瓣电平，同时保持主瓣的宽度在一个理想的范围内。切比雪夫多项式在此过程中起到关键作用，通过编程实现电流幅度的精确分配，从而控制波束的扫描角度。 文章进一步介绍了天线单元的细节设计，采用微带结构，通过在贴片对角线切割形成圆极化。馈电方式是50Ω同轴探针，使用介电常数为2.1的介质板。仿真结果显示，单个天线单元在31GHz时的增益约为7dB，3dB波束宽度为88°，轴比曲线在(-60°，60°)范围内保持在3dB以下。 在相控阵阵列的设计阶段，通过调整阵元间的馈电，实现了多波束和多状态扫描。在仿真中，通过Ansoft HFSS软件进行了详细分析。对于256单元的阵列，单相扫描可以达到±40°，增益达到22dB，波束宽度为9.36°。通过调整馈电单元的数量，可以改变扫描角度和波束宽度，例如8×8单元阵列可以实现更宽的波束，而12×12单元阵列可以在保持扫描角度的同时提高增益并降低副瓣。 此外，文章还对比了切比雪夫加权与泰勒加权的效果。虽然泰勒加权在靠近主瓣的副瓣电平上接近相等，但整体副瓣电平递减，不过在降低副瓣方面不如切比雪夫加权有效。 总结来说，本文提供的设计思路和方法对于未来相控阵天线在雷达、卫星通信、环境监测等领域的应用具有重要价值。随着技术的发展，相控阵技术将更加广泛地应用于电子对抗和其他高技术领域，文中介绍的技术细节和仿真结果为相关设计工作提供了宝贵的参考。