K频段斐波那契网格稀疏阵列分析与设计*

温 剑，阳 昆，姚亚利，侯禄平

(中国西南电子技术研究所，成都 610036)

0 引 言

在国内外近年来蓬勃发展的K/Ka频段(大约20～30 GHz，非严格定义)低轨卫星通信网络有源相控阵天线领域，由于卫星轨道高度较低(1 000 km左右)，要求采用高增益波束宽角扫描(≥±60°)形成对地球覆盖。采用均匀网格排布(矩形、正方形、三角形)的常规阵列受到栅瓣条件的严格限制，其阵间距接近半波长。而目前国内受射频芯片技术的限制，在高成本高可靠性的卫星平台上仍主要采用具有高输出功率、低噪声系数、抗辐照特性的砷化镓(GaAs)芯片，但GaAs工艺集成度不高，射频芯片尺寸与阵间距相当。另外卫星平台资源紧缺，对K/Ka频段相控阵天线提出多波束、多功能化的要求，常规阵列难以在5～8 mm的间距下排布多波束芯片及合成网络。K/Ka频段常规阵列电路布局设计和加工制造带来非常大的困难，严重制约了K/Ka频段卫星通信有源相控阵天线向多波束、低剖面、数字化、低成本化发展，工程中对阵列大间距稀疏设计提出了迫切的需求。

K/Ka频段有源相控阵高密度的电路、芯片集成，也要求稀疏阵列网格具有宏观上的均匀性，便于阵元与芯片位置匹配。K/Ka频段通信大瞬时带宽要求各射频通道长度差异小，尽量减少高成本高损耗的延时器的使用。在稀疏阵布局设计时应全局考虑以上通信用有源相控阵的特殊要求。

满阵的副瓣和栅瓣是由于阵元的周期排布形成的。稀疏阵设计的核心，就是采用密度加权(规则网格点随机采样)、位置随机等手段破坏周期性，达到降低副瓣峰值、抑制栅瓣的效果，同时保证增益等核心指标达到门限值。……