[摘 要]针对商用仿真软件ADF在天线阵列中的应用，对矩形多波束平面相控阵天线建立了天线单元模型和25×25模型的仿真，仿真了该阵列的内部天线单元的增益、轴比等性能，仿真结果表明该软件在阵列天线仿真具有很高的使用价值，对相控阵天线的设计应用具有重要的工程指导意义。
　　[关键词]相控阵天线 ADF软件 天线方向图
　　中图分类号：TN821+.8 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）25―0531―01
　　本文针对使用基带信号处理形式形成多波束相控阵列[3]的应用背景，采用微带天线形式作为天线单元，综合各种常见的微带天线单元形式如电磁耦合形式[4]，贴片探针馈电形式等使用ADF软件对25×25矩形平面阵列天线单个波束进行了详细的仿真设计，对多个波束则可以看做有多个天线波束叠加而成[5]。
　　1.ADF软件建模过程和参数设置
　　市场上多数电磁仿真软件都只具备了单一的建模仿真方式，但是每种电磁场数值方法都有其优势和局限性，没有一种算法能够处理所有的问题。ADF在一个统一的设计平台下把各种算法集合起来，充分利用各个算法的优点而避开其缺点。对于同一个问题也可以采用多种方法进行分析，并对不同方法所取得的结果进行比较。其求解器包含了目前最通用的建模仿真技术（MOM、FDTD、FEM、PO、ITD、GTD-UTD等）。
　　ADF还对MoM和GTD?-UTD求解器进行了扩展，以增加对几何和激励源不确定性处理（灵敏度分析）的能力。
　　由于ADF采用现代最新而且最快速的算法，能处理真实的大型阵列，所用到的算法包括MOM/SIM/SFX、T（FW）2、GAM/SAF等。
　　整个项目的建模过程包括两部分，单天线和阵列天线建模。单天线建模使用ADF强大的CAD功能，单元贴片天线的结构模型如图1所示，贴片大小为67.2×67.2mm，金属地面大小为90mm×90mm，介质厚度1mm，介质介电常数为2.54，馈电点位置：（-10mm，0），（0，10mm）。工作频率为L频段。
　　图1 单个贴片天线的结构模型
　　阵列天线建模使用专用的阵列编辑器GALE，GALE不仅建模方便快捷，而且具有激励导入功能，可以将编辑好的激励直接导入，快速计算各种不同激励情况下的性能参数。GALE中阵列天线模型如图2所示
　　图2 GALET中25×25阵列天线模型图
　　2.天线仿真结果
　　首先对阵列天线单元进行了仿真设计，阵列中心单元幅度方向图仿真结果如图3所示，轴比方向图如图4所示。
　　图3 阵列中心单元激励幅度方向图 图4 阵列中心单元激励的轴比方向图
　　从仿真结果可以看出扫描角度±75度内，天线增益≥-2dB，天线轴比≤8dB，满足系统指标要求。
　　仿真设计的天线阵列方向图扫描时增益和幅瓣的列表如下表1所示。
　　表1 等幅和不等幅激励方向图特性比较
　　对阵列天线的仿真结果表明，天线阵列使用不等幅度的切比雪夫加权激励时，可以大大减小天线幅瓣，但同时损失了天线增益，两者要从系统角度折中考虑。
　　3.测试结果
　　单元天线方向图测试结果如下图5所示，从图中可以读出天线在偏离轴向75°时天线的增益约为-1.7dB，接近-2dB的仿真结果。
　　图5 实测的单元天线方向图
　　天线轴比测试结果如下表2所示，比仿真结果略好，满足指标要求。
　　表2 等幅和加权激励方向图比较结果
　　天线阵列等幅激励测试结果如下图6所示。
　　图6 等幅激励情况下实测方向图比较
　　4.结论
　　ADF软件是一款商用电磁仿真软件，本设计用到了其中的单天线和阵列天线设计模块。实际测试结果表明，天线单元和阵列的电性能和仿真结果具有较好的一致性，天线阵列的幅瓣特性可以通过不等幅激励来控制，但同时会牺牲一定的天线增益。这些结论对相控阵单元和阵列的设计具有重要的工程应用价值。
　　参考文献
　　[1] 张广义著.相控阵雷达系统. 国防工业出版社，1994.1.
　　[2] 王茂光.阵列天线分析与综合.成都：电子科技大学出版社，1989.
　　[3] 束咸荣.相控阵雷达天线.国防工业出版社，2007.
　　[4] 毛贵海.一种宽频带微带阵列设计. 无线电工程.
　　[5] 管吉兴.直线阵列数字多波束形成技术.无线电工程.