"阵列天线分析与综合讲义王建"
在无线通信和电子系统中,阵列天线因其独特的性能优势被广泛应用。阵列天线由多个相同或相似的单元天线按照特定规则排列组成,可以是直线阵、平面阵或是共形阵。这种布局利用了电磁波在空间中的干涉效应,以实现更高效的能量转换和定向辐射或接收。
阵列天线的主要优点在于:
1. **提高增益和方向性**:通过将多个单元天线的能量集中,阵列天线能够产生比单个天线更窄的主瓣,从而增加增益,强化天线的方向性。例如,精密跟踪雷达天线要求主瓣宽度仅为1/3度,而射电天文望远镜的主瓣宽度甚至要达到1/30度,这远远超出单个天线的能力范围。
2. **赋形波束和多波束**:阵列天线可以根据需求调整单元天线之间的幅度和相位关系,实现波束形状的定制,以适应不同应用场景,如通信、雷达和干扰系统。
3. **电扫描和波束控制**:在雷达系统中,相控阵天线通过改变馈电相位实现快速的波束扫描,无需机械运动,提高了响应速度和系统灵活性。
4. **低副瓣电平**:通过精细设计馈电网络和单元天线布局,阵列天线能有效降低副瓣电平,提高信号质量并减少干扰。
阵列天线的性能受到多个因素的影响,包括单元间距的选择。例如,在切比雪夫阵列中,单元间距的变化会显著影响方向图的形状。在10元切比雪夫直线阵的例子中,当单元间距等于0.6λ时,可以得到特定的方向图,如图2-3所示,分别展示了直角坐标和极坐标下的方向图。切比雪夫多项式用于描述这种阵列的特性,其中涉及到的关系式用于计算和绘图。
此外,阵列天线的设计和分析涉及阵因子(S_u)和偶函数cos[(2u-1)θ]的计算,这些决定了阵列的方向性。例如,当θ=0时,x=0.7673,随着θ的增大,x值也会相应变化,直到θ=90°时,x值回到原点。这种变化模式影响了阵列在不同角度的辐射特性。
随着技术的进步,阵列天线的馈电网络和单元天线趋于一体化设计,成本降低,集成度提高,使得实现低副瓣、极低副瓣以及复杂功能如相控扫描、波束赋形变得更加可行。因此,阵列天线在现代无线电系统中的应用越来越广泛,成为了提升系统性能的关键技术之一。