刘东升

摘 要：分别采用全向元和有向元，对圆柱阵天线的定向波束形成进行了MATLAB仿真，比较了采用两种不同阵元情况下波束形成的仿真效果，其中，基于有向元仿真形成的波束方向图与在电磁仿真软件HFSS（High Frequency Structure Simulation）中计算得到的方向图较为吻合，证明了在圆柱阵天线的定向波束形成仿真过程中，引入有向元可以显著地改善波束形成效果，有利于进行后续的工程研究工作。

关键词：圆柱阵列；有向阵元；方向图；定向波束形成

通过循环移动圆阵的阵元激励，水平面内定向波束可以在360°范围内进行扫描。在研究圆阵天线的方向图综合或波束形成问题时[1]，大多是将天线单元当作全向点源模型进行处理，因而会在仿真过程中产生较高的旁瓣电平，而且还会强化阵元间的互耦影响。在实际工程应用中，多采用微带贴片、喇叭、偶极子等有向天线单元，以使得单元只向圆阵以外的180°范围内辐射[2]。文献[3]、[4]采用基于有向元的优化算法，对圆柱阵天线进行了方向图综合仿真，得到了较好的优化结果。文章针对工程应用中的某一微带偶极子天线方向图进行拟合，给出了大致的辐射方向函数，并基于该有向元函数进行了圆柱阵水平面定向波束形成的仿真分析。

1 圆柱阵列天线模型

如图1所示，由M层N元均匀圆阵组成的圆柱阵列，每层圆阵的半径均为R，相邻两层圆阵之间的间距均为h。若第m层圆阵中的第n个阵元的激励幅度和初始相位分别为Amn和αmn，则该圆柱阵列的远场方向图函数可表示为