導(dǎo)讀：相控陣天線是一種具有電子轉(zhuǎn)向功能的天線陣列，不需要天線進行任何物理移動，即可改變輻射信號的方向和形狀。這種電子轉(zhuǎn)向要歸功于陣列中每個天線的輻射信號之間的相位差。相控陣天線的基本原理是兩個或多個輻射信號出現(xiàn)依賴相位的疊加。當信號同相時，它們會結(jié)合在一起，形成一個幅度相加的信號。當信號反相時，它們會相互抵消。共有三種類型的相控陣天線：線性陣列、平面陣列、頻率掃描陣列。 ?

某雷達相控陣天線

您是否觀察過螞蟻搬運方糖的過程？與螞蟻的體型相比，方糖的尺寸要大得多。自然界中螞蟻的這種行為證明，一支軍隊朝著同一方向合作，可以在更短的時間內(nèi)達成同一目標。

在無線傳輸中，天線陣列的功能也基于同樣的理念：人多力量大。相控陣天線就是根據(jù)這一原理運行的，與單個天線相比，它們的信號強度、增益、指向性和性能會更好一些。

傳統(tǒng)的線極化相控陣天線單元包括印刷陣子天線、Vivaldi天線，槽線天線、喇叭天線、微帶天線等， Vivaldi天線能夠?qū)崿F(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的寬角掃描，但其縱向較大，不符合低剖面的要求；喇叭天線具有高增益、高效率的優(yōu)點，但應(yīng)用于低頻時重量過大；由于微帶天線具有剖面低，重量輕、可以實現(xiàn)了寬帶和高增益等特點，因此，得到了廣泛的研究。當前計算機技術(shù)和各種三維電磁軟件的發(fā)展，為陣列天線設(shè)計提供了強大的輔助，本講座采用HFSS設(shè)計一款相控陣天線，實現(xiàn)波束掃描，相對于傳統(tǒng)方法，大大節(jié)省計算資源和時間。

一、單元設(shè)計

這里方便起見，采用背饋的微帶天線，模型如下（請在文章末尾點贊和在看，截圖發(fā)到本公眾號并回復(fù) HFSS2023??筆者24小時內(nèi)贈送模型文件和HFSS2023英文版幫助文檔）。

? 天線單元的增益比較重要，太小的話會影響天線陣列的性能，根據(jù)相關(guān)理論，天線單元翻倍情況下，增益將增加3dB左右，當然這是在理想情況下，也就是耦合很小情況。實際情況，陣列天線設(shè)計比較復(fù)雜，在講座中，我們會詳細講解陣列天線的理論，有助于設(shè)計師可以更加有效的設(shè)計天線單元。

二、 陣列快速建立及實現(xiàn)波束掃描

基于最新HFSS2023R1版本軟件，應(yīng)用天線單元進行快速陣列的建立，自動根據(jù)求解頻率生成輻射空氣腔體，并進行全波仿真。

采用HFSS2023R1版本最新功能，自動設(shè)置周期邊界條件，并進行快速陣列，可選擇激勵單元等設(shè)置，實現(xiàn)與工程實際應(yīng)用中一致的仿真設(shè)置。

應(yīng)用HFSS2023R1版本波束掃描工具，可以快速計算掃描角度，并將陣列相位自動配置到陣列天線單元中，減少設(shè)置陣列天線單元相位的工作量，迅速提升設(shè)計效率，實現(xiàn)快速查看波束掃描增益及輻射反向圖，快速迭代，減少設(shè)計天線時間。

編輯：黃飛

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