大型相控阵中的子阵列技术

子阵列是指在一个大型矩阵或阵列中，由一部分元素（行、列或两者的组合）组成的较小的矩阵或阵列。在天线阵列系统中，子阵列技术被用于优化阵列性能。例如，在长电偶极子阵列中，通过优化阵元间距和子阵列配置，可以提高阵列的辐射效率和方向性。

子阵列的实现包括两个方面，即天线元件的利用和馈电网络的设计。对于子阵列相同并以统一方式排列的常规子阵列，实施很简单，因为子阵列、相应的馈电网络和极化方向是相同的。关于不规则子阵列，根据天线元件及其相应的馈电网络的布置，其实现可以分为两种方法：旋转子阵列 （RS） 方案和均匀阵列 （UA） 方案，如图

旋转子阵列（RS）方案是通过根据子阵列的旋转旋转馈电网络来实现的。

通过这种方式，确保了子阵列天线（天线层和馈电层）的结构重复性，从而促进了子阵列的模块化，因为它们共享相同的馈电网络结构。

基于 RS 方案，天线元件的电场会随着子阵列的旋转和翻转而发生旋转和镜像，导致在实际场景中出现无序的极化方向和扭曲的阵列模式。

但这个问题被忽视了，因为目前的大多数研究都集中在由点源构建的子阵列上。

均匀阵列（UA）方案涉及使用均匀间隔的数组。通过以统一的方式排列元件，阵列中所有元件的极化方向变得同步。

UA 方案现在被广泛采用，然而，子数组结构的结构重复性受到了影响，因为子数组不再具有旋转对称性。如上节图右所示，UA 方案在 L-tetromino 子数组中的实现，四个子数组是旋转对称的，而单元是均匀定向的。这导致元素及其相应的馈送点在四个子数组中具有不同的相对位置，从而影响了子数组的结构重复性。因此，这种方法需要为不同的子阵列使用不同的馈电网络，因为馈电点是非旋转对称的，导致模块化无法实现并显著增加工作量，尤其是在使用更复杂的子阵列时。这些问题限制和阻碍了子阵列天线在实际场景中的实际应用。

[1] X. Yang, P. Wu, Y. Zhao, B. Wang, Z. Nie and D. Yang, "Subarray Implementation via Phase Compensation in Circularly Polarized Arrays," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 11, pp. 8385-8393, Nov. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3408230.