阵列天线分析：增益、相控扫描与低副瓣电平

"dB陡度随单元数的变化关系在《广义逆矩阵及其应用》一书中有所探讨，该书由王松桂和杨振海撰写。书中指出，在优化后的天线阵列设计中，副瓣电平均保持在-20dB以下，90度对应的场强低于-7.25dB。随着阵列单元数量的增加，陡度也会随之增加。当单元数超过28时，仰角从0度（90度）变化到0.85度（89.15度）时，辐射场强度会下降5dB以上。然而，当单元数少于20时，设计出满足锐截止区域要求的优化结果变得较为困难。 表4-3展示了不同单元数下3dB波瓣宽度的优化结果。可以看出，随着单元数的增加，3dB波瓣宽度逐渐减小，大约在10度左右。例如，28单元的阵列在89度至78.8度的范围内，3dB波瓣宽度为10.2度，而30单元的阵列在89.2度至79度的范围内，3dB波瓣宽度也同样是10.2度。 阵列天线分析与综合的讲义进一步阐述了阵列天线的重要性。阵列天线是由相同结构和尺寸的基本天线按照特定规则排列而成，可以是直线阵、平面阵（如矩形平面阵、圆形平面阵）或是共形阵。阵列天线的主要优势在于能够通过空间干涉效应实现能量的高效集中，从而提高增益和方向性。对于需要高度集中能量的应用（如精密跟踪雷达或射电天文观测），单个天线无法满足要求，必须依赖阵列天线。 在某些情况下，尽管单个天线可以完成辐射任务，但为了提升增益、降低副瓣电平以及形成特殊形状的波束，仍会选择使用阵列天线。在雷达系统中，相控阵天线因其快速电扫描能力而被广泛应用，尤其在需要波束扫描、波束赋形和多波束操作的场合。随着技术进步，高集成度的T/R组件降低了成本，使得低副瓣和复杂功能在阵列天线设计中更加普及。 总结来说，采用阵列天线的主要原因包括： 1. 极窄波束的实现，提高天线的方向性和增益； 2. 赋形波束和多波束的创建； 3. 波束相控扫描的便捷性； 4. 达到低副瓣电平的方向图特性。 这些优点使阵列天线在现代无线电通信、雷达、导航等领域扮演着至关重要的角色。"