HFSS矩形波导周期阵列天线的设计与研究(2)
这些单个天线的组合便构成了阵列天线。
阵列天线定义为若干个天线按照一定的方式排列和激励,利用电磁波的干涉原理
和叠加原理来产生特殊的辐射特性,这种辐射系统称为天线阵列。阵列中的每一个天
线称为单元。
天线阵列的分类是依据阵元的排列方式进行的。阵元中心在同一条直线上的阵列
天线为线阵。若阵元中心都在同一个平面上,则称阵列为平面阵。平面阵有矩形平面
阵，圆阵等形式。其中矩形阵的阵列单元按矩形栅格排列;圆阵的阵元中心在一个同
心圆或椭圆上。平面阵单元之间可以等间距或不等间距排列。当天线阵列单元中心的
位置与某些特定曲面共形时称阵列为共形阵。
阵列天线对其中单元的形式并没有特殊要求。 采用何种形式的天线单元需要综合
考虑环境，经济成本，工作频率范围等多种因素。大部分情况下, 尽量简化阵元的结
构,主要考虑天线阵列的排布。实际应用中阵元很多时候采用简单的结构。像偶极子,
波导缝隙天线这类结构简单的单元在天线阵列中就被经常使用。
在构成天线阵列的时候，如果知道了阵列中单元的数目，排列方式以及激励，这
个阵列也就随之被确定。天线阵列的各种参数和电性能也随之固定。相反，如果已知
特定的辐射要求，去设计满足要求的阵列，确定阵列的阵元数、阵元的空间分布、每
个阵元的激励幅度和相位过程,我们叫做阵列天线的综合问题。这两个过程在研究天
线阵列的时候具有极大的实用价值，是阵列天线研究领域的核心问题。 1.2 国内外研究现状
阵列天线雏形的出现最早是在1899年的 Brown实验[1]，Brown 将两个天线按半
波长间距放置在一排，并给这两个天线等幅度反相位的激励，他发现此时天线的方向
性系数比单个天线大。1906年，Marconi 将若干个天线按一定间距组成阵列后，发现
辐射场在特定方向具有比其他方向大出很多的方向性系数[2]。这些早期雏形的探索
研究为后来雷达系统的发展打下了基础。 一战之后， 在军事领域需求（探测敌方舰船、
飞行器）的驱动下，人们开始对阵列天线有了较为系统的理论和实验研究。第二次世
界大战(1939-1945)中阵列天线被首次应用于 Chain Home 双站空防雷达系统中[3]
[4]。战后，人们一步一步提出了使用相控阵天线完成波束扫描的思想 [5]。Friis
于 1925 年首次给出了并在实验中用两个环天线验证了相控阵天线的基本工作原理
[6]。此他之后，相控阵天线技术在雷达技术迅猛发展的大背景下逐渐走向成熟。相
控阵天线的出现，使得以往飞行器前端的抛物面反射天线退出历史舞台。
随着各类无线电子系统地不断发展，现代通信、雷达、测向以及电磁医疗系统对
阵列天线提出了很多新的要求，如低副瓣或超低副瓣、多波束、高增益、宽频带、智
能化、小型化等等，有时甚至是多项要求的组合。未来无线电子系统的性能在很大程
度上取决于天线工程师能否突破现有的阵列天线设计技术框架、是否能够设计出高性
能、易于工程实用化的阵列天线系统[7]。国内外科研人员对此均开展了大量的研究
工作，Antennas and Propagation Society International Symposium, European
Conference on Antennas and Propagation 等重要会议以及 IEEE Transactions on
Antennas and Propagation, IET Microwaves, Antennas & Propagation 等相关学
术期刊上每年都不断有新的研究成果发表。
阵列天线的应用领域极为广泛，现代无线电子系统中需要阵列天线完成信号的无
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