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随着5G技术的发展和应用,有源的大规模自适应多波束阵列天线已成为5G基站天线、海事卫星通信以及空天地一体化通信的研究热点和发展方向,而大规模MIMO共形阵和波束赋形技术是其中极为关键的一环。本文围绕柱面共形阵列天线开展了相关研究工作,主要内容有:1、针对不同应用场景的5G基站天线,设计了一款线极化天线和三种性能不同的圆极化天线。其中宽波束线极化天线一款,宽波束圆极化天线两款,高增益圆极化天线一款,双频圆极化天线一款。宽波束线极化天线通过加载对角的金属柱子和减少底板尺寸,实现了波束展宽,阻抗带宽为3.38～3.62 GHz,H面3 d B波束宽度为113.3~o。宽波束圆极化天线1通过加载类螺钉形单极子实现波束宽度的展宽,其带宽为4.75～5.05 GHz,3 d B波束宽度拓宽至161~o,轴比小于3 d B的波束宽度大于172~o。宽波束天线2通过加载金属腔和导体墙展宽波束宽度,其带宽为4.3～5.6 GHz。主平面上3 d B波束宽度大于115~o,3 d B轴比波束宽度大于139~o。基于V形缝隙耦合馈电的宽带高增益圆极化天线3的工作带宽为2.9～3.82 GHz,带内平均增益为8.22 d Bi。采用双馈点和双层贴片结构实现双频圆极化,天线4的工作频带为2.54～2.67 GHz和3.41～3.59 GHz,带内轴比小于3 d B,低频增益为3.65 d Bi,高频增益为6.5 d Bi。2、以宽波束天线2为阵元,设计了1×6的宽角扫描圆极化相控线阵,经优化后,仿真和实测结果表明在4.5～5.3 GHz频段内,该线阵的主波束扫描范围达到-57~o～58.5~o,扫描过程中主波束增益最大波动2.3 d Bi,且不存在扫描盲点。将4个1×6的相控线阵组成方柱共形阵列,实现了全方位的圆极化波束覆盖,可应用于位置偏远、人口稀少的农村和郊区的信号覆盖。另外,以宽带高增益圆极化天线为阵元,设计了24×6的圆柱共形阵列天线,通过采用波束的切换和扫描技术,能够在方位面360~o,俯仰面56~o的范围内产生圆极化的波束覆盖,具有目标追踪、抗干扰能力强的特点,可用在建筑物众多、人口密集的城区地带等。3、研究了圆柱共形阵列的结构设计和波束赋形算法。通过对比三种圆柱阵列的布阵方式,最终确定阵列模型结构。基于子空间划分思想,将需要覆盖的空间范围划分为24个子空间,同时采用可重构技术,划分了与之一一对应的24个子阵。另外,介绍了蝙蝠算法的工作原理和优点,在标准的蝙蝠算法基础上进行了两大改进:加入新的惯性权重和自适应加速因子、动态量子旋转门。另外,考虑到各阵元间存在耦合效应,在改进型蝙蝠算法中,导入了所有阵元的有源方向图(AEP)数据,使得赋形波束与实际情况更接近。为进一步验证,将算法反馈的各阵元的激励信息(幅值和相位)导入CST进行验证,CST验证结果与算法赋形结果基本一致。