天线的设计问题很大程度上是理论分析占主导地位的工程问题。天线作为电磁场系统中 的一个器件，对天线的数值分析本质上还是求解电磁场问题。一般来说，求解电磁场问题有 三种方法：解析法、近似法与数值法[9]。其中，解析法只能在早期解决很少的简单问题，或 者说便于做题，而在实际应用中并不常用。而近似法工作量大，且不是非常精确。数值法能 够很好地解决第一类和第二类问题中不能解决的问题，主要有限元法（FEM）、时域有限差分 法（FDTD）与矩量法（MOM）。本文第二章、第三章中所用到的HFSS软件所采用的核心计 算方法即为数值法中的有限元法。在电磁学领域，有限元法的基本思路是将由偏微分方程表 征的连续函数所在的封闭场划分成成有限个小区域，在各个小区域内用一个特定的近似函数 来代替，以离散化整个场域上的原有函数，据此可以获得一组近似的代数方程，联立并求解 之则可获得其近似解[10]。

著名的HFSS是Ansoft公司开发的三维电磁仿真软件，全名为High Frequency Structure Simulator，仿真精确度高、速度快，方便易用，广泛应用于航空航天、电子半导体、通信等 多个领域，可高效地设计各种高频结构。其计算原理为有限元法，采用正四面体结构对部件 进行分割计算，因此在针对线阵天线的仿真方面不如采用矩量法（MOM）的NEC软件便捷。

在设计赋形算法等方面亦少不了程序形式灵活多变的 Matlab 软件。Matlab 是常用的商用 数学软件，由 Mathworks 公司开发，是不可缺少的辅助计算软件。在天线设计领域可辅助计 算阵元参数、模拟方向图等，功能强大且可靠。

1。2 研究现状

1。3    本文工作

本文主要做了两个方面的工作，第一是设计一个低副瓣的微带天线阵列以作为赋形的基 准阵列，第二是对该阵列进行平顶波束赋形，文章结构如下。

第一章绪论主要阐述一些关于天线及赋形理论的背景与基本概念。 第二章主要设计了一个频带为 34。7GHz 到 35。3GHz 线型天线阵列，以 26 个角馈微带缝

隙天线作为阵元，采用一维微带馈电网络进行馈电，目标使该阵列实现副瓣低于-20dB，电流 分布为泰勒分布。在该阵列设计完成的基础上，使用 Matlab 程序编写线型阵列天线方向图模 拟程序，模拟出所设计阵列方向图，并与 HFSS 阵元方向图综合方法所绘制的方向图一道， 将三者所得出的方向图进行比较，为赋形算法所得的权值验证做准备。

第三章主要设计一个带有移相器的 10 元线型阵列，阵元与馈电网络通第二章所设计的线 型阵列，采用傅里叶算法进行平顶波束赋形。

第四章主要叙述了本文可做的一些后续工作，并针对赋形阵列的功分网络结构提出了改 进方案。文献综述

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2 线阵的设计与仿真

2。1 序言

本章作为 Ka 波段天线赋形的前期基本设计过程，使用 HFSS 软件设计了一个 26 元低副 瓣线型天线阵列。该线型阵列的中心频率在 35GHz 上，工作频段为 34。7GHz 至 35。3GHz。天 线阵采用线极化的角馈方形微带贴片作为辐射元[11]，并在其对角处开缝，形成角馈缝隙微带 辐射元以减少阵元的交叉极化。为满足要求，馈电网络使用中心馈电方式，单边 13 阵元利用 四分之一波长阻抗变换使整个馈电网络的电流满足泰勒分布，以实现低副瓣。在整个频段上 该线型阵列副瓣均低于-20dB，回波损耗即 S11 参数均小于-10dB 且在 35GHz 尽可能达到-20dB。