相控阵天线原理与辐射单元分析

"这篇资料主要讨论了相控阵的辐射单元，特别强调了在《广义逆矩阵及其应用》一书中王松桂和杨振海所讲述的内容。相控阵通常采用低增益的弱方向性天线，如对称振子、缝隙天线、开口波导等，其总场方向图等于阵因子与单元方向图的乘积。在设计中，需考虑单元天线的方向图形状，以决定阵列波束扫描范围，避免出现栅瓣。此外，还提到了半波振子作为单元天线时的E面和H面方向图特性。阵列天线的应用广泛，包括通讯、雷达等领域，通过排列相同结构的天线单元来提高增益和方向性。在某些情况下，阵列天线可以实现电扫描，如相控阵，适用于需要快速反应时间和波束赋形的系统。随着技术发展，阵列天线的设计更加灵活，能实现低副瓣和多功能。" 在无线通信和雷达技术中，阵列天线扮演着至关重要的角色。阵列天线是由多个相同的天线单元按照特定规律排列组成，这些单元通常是低增益的弱方向性天线，如对称振子(dipole)、缝隙天线(slot)、开口波导(open waveguide)等。阵列的总体辐射特性取决于每个单元的方向图和阵列配置。理想情况下，阵列天线的总场方向图是单元方向图和阵因子的乘积，这允许通过调整单元间的相对相位来控制波束的方向。 阵列天线设计的一个关键参数是扫描范围。如文中提到，如果阵列扫描角度为±θ0，则单元天线的主瓣宽度至少应为2hBW，以确保在边缘处的方向图电平为半功率。例如，半波振子作为单元时，其E面半功率波瓣宽度约为70°，而H面方向图为一个圆形。在实际应用中，如精密雷达或射电天文观测，往往需要极窄的波束，单个天线无法满足，因此需要利用阵列天线来实现。 阵列天线的类型多样，包括直线阵、平面阵（如矩形和平面阵）以及共形阵。共形阵列能够紧密贴合在物体表面，如飞机机身，以优化天线性能。相控阵是阵列天线的一种，通过改变馈电相位实现电子扫描，这在要求快速响应时间和复杂波束控制的应用中非常有用，如现代雷达系统和飞机着陆系统。 随着技术进步，阵列天线的馈电网络和单元天线的一体化设计成为可能，这降低了成本并提高了集成度，使得实现低副瓣和极低副瓣的阵列变得更加容易，同时也增强了阵列的功能，如赋形波束、多波束形成和波束扫描等。因此，阵列天线因其灵活性和性能优势在现代无线电系统中得到了广泛应用。