阵列天线雏形的出现最早是在 1899 年的 Brown 实验[1]，Brown 将两个天线按半 波长间距放置在一排，并给这两个天线等幅度反相位的激励，他发现此时天线的方向 性系数比单个天线大。1906 年，Marconi 将若干个天线按一定间距组成阵列后，发现 辐射场在特定方向具有比其他方向大出很多的方向性系数[2]。这些早期雏形的探索 研究为后来雷达系统的发展打下了基础。一战之后，在军事领域需求（探测敌方舰船、 飞行器）的驱动下，人们开始对阵列天线有了较为系统的理论和实验研究。第二次世 界大战(1939-1945)中阵列天线被首次应用于 Chain Home 双站空防雷达系统中[3] [4]。战后，人们一步一步提出了使用相控阵天线完成波束扫描的思想 [5]。Friis 于 1925 年首次给出了并在实验中用两个环天线验证了相控阵天线的基本工作原理 [6]。此他之后，相控阵天线技术在雷达技术迅猛发展的大背景下逐渐走向成熟。相 控阵天线的出现，使得以往飞行器前端的抛物面反射天线退出历史舞台。68441

随着各类无线电子系统地不断发展，现代通信、雷达、测向以及电磁医疗系统对 阵列天线提出了很多新的要求，如低副瓣或超低副瓣、多波束、高增益、宽频带、智 能化、小型化等等，有时甚至是多项要求的组合。未来无线电子系统的性能在很大程 度上取决于天线工程师能否突破现有的阵列天线设计技术框架、是否能够设计出高性 能、易于工程实用化的阵列天线系统[7]。国内外科研人员对此均开展了大量的研究 工作，Antennas and Propagation Society International Symposium, European Conference on Antennas and Propagation 等重要会议以及 IEEE Transactions on Antennas and Propagation, IET Microwaves, Antennas & Propagation 等相关学 术期刊上每年都不断有新的研究成果发表。

阵列天线的应用领域极为广泛，现代无线电子系统中需要阵列天线完成信号的无 线传输，并在军事、民用领域对阵列天线系统不断提出各种要求。

表 1.1 阵列天线设计发展趋势

阵列天线性能 发展趋势需求

频带宽度 具有宽带甚至超宽带特性，并在宽频带内实现宽角波束扫描

副瓣电特性 在小动态范围比的激励条件下实现低副瓣、超低副瓣

阵列单元尺寸 小型化。方便在狭小的空间内安装阵列，或在给定的天线口径 内放置更多的阵元，提高雷达系统分辨率

波束赋形 灵活赋形论文网

抗干扰性 进行实时快速自适应置零，并尽量避免阵元激励幅度的动态加 权

剖面高度 低剖面。易于共形且满足空气动力学及天线隐蔽特性需求

表 1.1 总结了阵列天线设计的要求，也指明了未来阵列天线技术的发展趋势。可 见，现代无线电子系统要求阵列天线的工作方式极为灵活，提出的技术指标也极为苛 刻，并同时具有低成本、易实现的要求。

目前，阵列天线技术的研究主要集中在以下方面: (1)   阵列天线( 含直线阵、 面阵及其他共形阵) 波束综合方法研究方法， 如

Dolph-Chebyshev 方法[8]、Taylor 方法[9]、Balyliss 方法[10]等较为经典的解析 综合方法，Woodward- Lawson 方法[11]，Orchard 方法[12]、傅立叶级数综合方法[13] 和以遗传算法[[14]为代表的基于种群进化的随机优化方法等基于最小均方根误差的 方向图拟合技术。各种工程应用系统对阵列天线辐射特性的要求随着应用背景的不同 而变化，因此有必要开发普适性强、效率高的新型阵列天线综合方法。而国内外大多 数研究工作要么单纯地针对具有特定方向图特性(如低副瓣和波束)的阵列天线设计 问题专门开发高效的解析方法，要么简单地依赖基于种群进化的随机优化方法对所需 方向图进行拟合，却很少有人能够在深入研究阵列天线优化设计问题数学本质的基础 上，采用现代高效随机优化方法进行各种复杂阵列天线综合问题的设计。此外，更少 有工作从设计自由度方面探寻高性能阵列天线设计的新出路。