相控阵天线的设计与FDTD分析*

汪 涛，易茂祥，毛剑波

(合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230009)

0 引言

相控阵天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描及波束控制等特性，因此在现代雷达、射电天文学、通信、遥测、遥控等领域获得了广泛应用［1］。由微带天线单元组成的相控阵天线具有体积小、重量轻、成本低、容易同安装表面共形等优点，但可变参数很多，同简单单元天线相比较，设计、分析较复杂［2］。

本文在已有天线单元的基础上［3］构建等距微带线阵，分析其方向特性，再添加移相器构造相控阵天线，并用FDTD仿真软件分析相控阵天线不同扫描角的方向图。

1 移相器的设计方法

移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件。

均匀传输线上相距长度为L的两点之间的相位差为φ1，此式表明改变相位的方法有两种:一种方法是改变传输线的长度l，任何一种可以改变传输线长度的机构，都可以做成可变移相器;另一种方法是改变传输线的相位常数β(或波导波长)。

对于7元等间距直线阵，若保持相邻元之间的相位差为常数，即保持相邻两天线元到各自激励源的距离之差l为一常数，就可实现天线阵辐射在某一方向上的加强。若l=dsinθm(d为相邻阵元之间的距离，等间距直线阵中，任意相邻两阵元之间的距离都是d;θm为天线阵的最大辐射方向)，则天线阵的最大辐射方向为θm。固定各个贴片天线在阵列中的位置，通过改变相邻两阵元的贴片天线到激励源的位置之差l，即在微带馈线上改变各阵元的激励源的位置，在d保持不变的情况下，θm必然改变，这就是相控阵天线的原理。……