波束成形是对波束的形状进行构造，利用多个传感器阵列来定向发送和接收信号，多用于雷达和声纳系统、无线通信、声学以及生物医学设备。今天我们就来详细了解波束成形设计的类型。

一、定义与原理

波束成形是一种通过定向信号收发无线电波或声波的信号处理技术。波束成形和波束扫描的实现方式是通过将馈源与天线阵列的每一振子之间的相位关系，设置成使得所有振子收发的信号在特定方向上均同相。发射时，波束成形器通过控制每一台发射机的信号相位和相对幅度，在波阵面上形成相长干涉和相消干涉模式。接收时，传感器组合方式可使得所需辐射模式被优先接收。波束成形也是相控阵技术、DBF（数字波束成形）等热门技术的基础。

波束成形技术用于将波束辐射方向图引导至具有固定响应的所需方向。天线阵列的波束成形和波束扫描可通过相移系统或时滞系统实现。

二、设计的类型

有源相控阵天线是能够通过改变自身辐射方向图而适应射频环境的天线。波束成形设计可包括巴特勒（Butler）矩阵、伯拉斯（Blass）矩阵以及伍伦韦伯（Wullenweber）天线阵列等。

1）巴特勒（Butler）矩阵：主要用于对对圆形阵列的波束进行控制，它将90°电桥与移相器结合，从而可在振子设计和方向图合适的情况下实现宽达360°的覆盖扇区。其中，每一波束均可由专用发射机或接收机使用，或者由射频开关控制的单个发射机或接收机使用。

2）伯拉斯（Blass）矩阵：主要用于宽带操作，可设计为宽边波束形成器，但由于使用电阻性终端，因此损耗较大。主要利用利用传输线和定向耦合器实现时滞式波束成形。

3）伍伦韦伯（Wullenweber）天线阵列：主要用于高频（HF）频段的探向应用，也是一种圆形阵列。此类天线阵列既可采用全向振子，也可采用定向振子，振子数一般为30 ~ 100个，其中三分之一专用于顺次形成高定向波束。各振子通过测角仪与可控制天线阵列方向图幅度加权的无线电器件连接，该测角仪能够进行360°扫描，且天线方向图特性几乎不发生任何变化。此外，该天线阵列通过时滞形成从天线阵列向外辐射的波束，从而实现宽带操作。