相控阵天线技术：实现窄波束与波束扫描

"本文主要介绍了阵列天线的概念、应用以及在实现和差方向图方面的技术，特别是如何在俯仰面和方位面实现这一技术。此外，还提到了阵列天线的优势，如实现窄波束、赋形波束、相控扫描和低副瓣电平。" 阵列天线是现代无线电设备中广泛使用的一种天线类型，它由多个相同结构和尺寸的基本天线按照特定规律排列组成。这种排列可以是直线阵、平面阵（如矩形或圆形）或是共形阵，根据实际需求进行选择。阵列天线的主要优点在于能够通过调整单元之间的相位关系，来实现能量的集中辐射，提高增益，增强方向性，这对于雷达、通信、导航等系统至关重要。 在《广义逆矩阵及其应用》一书中，作者王松桂和杨振海讨论了在俯仰面和方位面同时实现和差方向图的技术。这种情况如图3-12所示，其中和激励分布是偶对称，差激励分布是奇对称。在阵列中，单元按x和y方向排列，数量分别为xN和yN，单元间距分别为xd和yd。和激励分布（sxmI和synI）与差激励分布（dxmI和dynI）决定了方向图的特性。当单元从左到右顺序排列时，和方向图的阵因子表达式给出，这涉及到复指数函数和相位因子。 阵列天线分析与综合的讲义进一步阐述了阵列天线的用途和优势。采用阵列天线可以轻易实现极窄的波束宽度，提升天线的方向性和增益，这对于精密跟踪雷达和射电天文观测尤其重要。此外，阵列天线也能方便地形成赋形波束和多波束，适用于多种功能的雷达系统。对于需要快速响应的电扫描，相控阵天线是理想选择，可以实现波束在俯仰面和方位面的扫描，同时改变相位进行波束赋形。 在实际应用中，阵列天线的馈电网络和单元天线设计趋于一体化，高集成度的T/R组件降低成本，使得实现低副瓣和极低副瓣变得更加容易。这样的技术进步使阵列天线的功能更加强大，能够在保持高性能的同时，降低副瓣电平，提高系统的整体性能。 阵列天线技术在现代无线通信和雷达系统中扮演着核心角色，其灵活性和可控性使其在实现复杂天线性能指标方面具有无可比拟的优势。通过精确控制单元间的幅度和相位分布，阵列天线不仅能够提供高强度的定向辐射，还能实现灵活的波束控制，适应不断发展的技术需求。