天線陣技術(shù)（厚義書(shū)苑）

1、1聽(tīng)雨D書(shū)屋 多元天線：多元天線：由兩個(gè)或兩個(gè)以上單個(gè)天線組成的由兩個(gè)或兩個(gè)以上單個(gè)天線組成的天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)。 陣列天線：陣列天線：由兩個(gè)或兩個(gè)以上由兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和取向完全取向完全相同相同的天線平行排列組成的多元天線，又叫做的天線平行排列組成的多元天線，又叫做天線陣，可分為直線陣列，平面陣列和空間陣天線陣，可分為直線陣列，平面陣列和空間陣列等三種形式。限于課時(shí)，我們只討論直線陣列等三種形式。限于課時(shí)，我們只討論直線陣列，它是分析陣列天線的基礎(chǔ)。列，它是分析陣列天線的基礎(chǔ)。類(lèi)型：類(lèi)型：離散元陣列；連續(xù)元陣列；線陣；平面離散元陣列；連續(xù)元陣列；線陣；平面陣；立體陣。陣；立體陣。 天

2、線元（陣列元）：天線元（陣列元）：組成陣列天線的單個(gè)天線。組成陣列天線的單個(gè)天線。rrrtttcdrcdttrDDReePP,422聽(tīng)雨D書(shū)屋【陣列天線實(shí)物照片】3聽(tīng)雨D書(shū)屋【二元陣列二元陣列】由兩個(gè)天線元構(gòu)成的直線陣列。由兩個(gè)天線元構(gòu)成的直線陣列。【二元天線陣的方向性二元天線陣的方向性】 設(shè)有兩個(gè)結(jié)構(gòu)和取向完全相同的設(shè)有兩個(gè)結(jié)構(gòu)和取向完全相同的電基本振子，相距為電基本振子，相距為 且且 ，如左圖所示，電流分別為如左圖所示，電流分別為 和和 ， 為電流相位差，天為電流相位差，天線元在線元在YOZ面內(nèi)，沿面內(nèi)，沿y 軸方向，陣軸方向，陣列的軸與列的軸與z軸重合。軸重合。drd 201jeII 2

3、02jeII電基本振子電基本振子電場(chǎng)為電場(chǎng)為sin4rekIljEjkr4聽(tīng)雨D書(shū)屋11201cos41relkIjEkrj22202cos42relkIjEkrj對(duì)于第一個(gè)單元：對(duì)于第二個(gè)單元：對(duì)對(duì)于于遠(yuǎn)遠(yuǎn)區(qū)區(qū)場(chǎng)場(chǎng)222112021coscos421rerelkIjEEEkrjkrjt總場(chǎng)：rrrdrrdrr212121cos2cos2相位近似相位近似幅度近似幅度近似5聽(tīng)雨D書(shū)屋因此，可得cos21cos2cos4cos402cos2cos0kdrelkIjEeerelkIjEjkrtkdjkdjjkrt陣因子：陣因子：cos21cos2kdAF總場(chǎng)總場(chǎng)E【E（單個(gè)單元在參考點(diǎn)）（單個(gè)單元在

4、參考點(diǎn)）】【】【陣因子陣因子】【方向圖乘積定理】任何陣列天線總的方向性函數(shù)都等于陣列單元的任何陣列天線總的方向性函數(shù)都等于陣列單元的方向性函數(shù)與陣因子的乘積。方向性函數(shù)與陣因子的乘積。6聽(tīng)雨D書(shū)屋 只有各天線元的方向性函數(shù)相同時(shí)，才能應(yīng)用方向性乘只有各天線元的方向性函數(shù)相同時(shí)，才能應(yīng)用方向性乘積定理，即要求天線元的結(jié)構(gòu)和取向完全相同。積定理，即要求天線元的結(jié)構(gòu)和取向完全相同。 陣因子只與陣列的構(gòu)成有關(guān)，例如：?jiǎn)卧g的間距、單陣因子只與陣列的構(gòu)成有關(guān)，例如：?jiǎn)卧g的間距、單元間的初始相位差等，而與天線元的型式無(wú)關(guān)。元間的初始相位差等，而與天線元的型式無(wú)關(guān)。 方向圖乘積定理忽略了單元間的互耦。方向

5、圖乘積定理忽略了單元間的互耦。 兩個(gè)方向圖相乘的原則：最大值乘以最大值仍為最大值；兩個(gè)方向圖相乘的原則：最大值乘以最大值仍為最大值；零乘以任何值仍為零；兩個(gè)零點(diǎn)之間必有一個(gè)波瓣。零乘以任何值仍為零；兩個(gè)零點(diǎn)之間必有一個(gè)波瓣。7聽(tīng)雨D書(shū)屋)(ef)(ef)(fa)(fa)(F)(F8聽(tīng)雨D書(shū)屋【例4.1】給出如下圖所示的兩個(gè)電基本振子，求出總場(chǎng)的零點(diǎn)位置。其中 而且4d2.2.0.cba解：0.acos21cos2cos40kdrelkIjEjkrt4dcos4coscostnE0cos4coscosntnE20cosnn0cos4cosn9聽(tīng)雨D書(shū)屋2.b4d1cos4coscostnE20c

6、osnn01cos4coscosntnE說(shuō)明在陣列的 和 觀察位置，出現(xiàn)零點(diǎn)，其中是陣因子產(chǎn)生的零點(diǎn)， 是陣列單元自身產(chǎn)生。無(wú)解21cos4021cos401cos4cosnnnn200210聽(tīng)雨D書(shū)屋2.b4d20cosnn01cos4coscosntnEnnnn21cos421cos401cos4cos無(wú)解1cos4coscostnE說(shuō)明在陣列的 和 觀察位置，出現(xiàn)零點(diǎn)，其中是陣因子產(chǎn)生的零點(diǎn)， 是陣列單元自身產(chǎn)生。2211聽(tīng)雨D書(shū)屋推廣二元陣列到N元陣列情況，均勻等幅，等間距，單元間等相差且遞增分布。)(0)1(0120201,.,NjNNjNjjeIIeIIeIIeII12聽(tīng)雨D書(shū)屋類(lèi)

7、似二元陣的陣因子，N元均勻直線陣的陣因子可表示為2cos2cos0cos4kdjkdjjkrteerelkIjENnkdnjkdNjkdjkdjeeeeAF1cos1cos1cos2cos1coskd另NnnjNjjjeeeeAF1112113聽(tīng)雨D書(shū)屋121NjjjeeeAFjNNjjjjeeeeAFe12（1）（2）（2）式（）式（1）式可得）式可得11jNjeeAF21sin2sin112121212221NeeeeeeeeAFNjjjNjNjNjjjN21sin2sinNAF如果陣列的參考點(diǎn)位如果陣列的參考點(diǎn)位于陣列的中心，可得于陣列的中心，可得陣因子為陣因子為coskd14聽(tīng)雨D書(shū)屋

8、陣因子歸一化可得21sin2sin121sin2sinNNAFNAFn22sinNNAFn近似近似在在 鄰域鄰域01N) 1,.,2 , 1(2NnNn2N4N22N 函數(shù)是關(guān)于函數(shù)是關(guān)于 周期函數(shù)，周期為周期函數(shù)，周期為 。 每個(gè)周期內(nèi)有一個(gè)主瓣和每個(gè)周期內(nèi)有一個(gè)主瓣和 個(gè)副瓣。主瓣的寬度個(gè)副瓣。主瓣的寬度為為 ，副瓣的寬度為，副瓣的寬度為 。 主瓣和副瓣之間出現(xiàn)零值主瓣和副瓣之間出現(xiàn)零值 ，在一個(gè)周期內(nèi)零值的個(gè)，在一個(gè)周期內(nèi)零值的個(gè)數(shù)為數(shù)為 個(gè)，零值出現(xiàn)的位置在個(gè)，零值出現(xiàn)的位置在15聽(tīng)雨D書(shū)屋 零值之間、最大值與最近的零值之間的間隔零值之間、最大值與最近的零值之間的間隔均為均為 離主瓣越

9、近的副瓣電平越高，離主瓣越遠(yuǎn)的離主瓣越近的副瓣電平越高，離主瓣越遠(yuǎn)的副瓣電平越低。副瓣電平越低。 當(dāng) 時(shí)，方向圖出現(xiàn)最大值，因此N20coskddm2cos116聽(tīng)雨D書(shū)屋【3dB波瓣寬度波瓣寬度】22sinNNAFn查表可得查表可得391. 1cos22hkdNNNdh782. 22cos1dm2cos1最大值位置最大值位置hmh23dB波瓣寬度波瓣寬度17聽(tīng)雨D書(shū)屋【第一副瓣電平】Nkd3cos第一副瓣電平出現(xiàn)的位置為Nds32cos1如果陣列比較大時(shí)，第一副瓣電平值為212. 03222sinNNAFndBAFn47.1332log20dB值:18聽(tīng)雨D書(shū)屋【邊射陣】最大值方向指向與陣列

10、軸垂直的方向。0coskd2000, 3 , 2 , 1,nnd同時(shí)nnkd2cos2cos180,0此時(shí)除了在此時(shí)除了在 外，在外，在 也出現(xiàn)了與主瓣一樣大也出現(xiàn)了與主瓣一樣大的波瓣，此波瓣稱(chēng)為柵瓣。的波瓣，此波瓣稱(chēng)為柵瓣。90180,0因此為了避免柵瓣出現(xiàn)，一般要求因此為了避免柵瓣出現(xiàn)，一般要求maxd19聽(tīng)雨D書(shū)屋20聽(tīng)雨D書(shū)屋【端射陣】最大值方向指向陣列軸方向。0coskd00kd2d當(dāng)0kd同時(shí)在 ， 具有端射陣。000, 3 , 2 , 1,nnd當(dāng)邊射和端射同時(shí)存在。因此，為實(shí)現(xiàn)單一方向的端射陣，同時(shí)避免柵瓣的出現(xiàn)，要求2maxd21聽(tīng)雨D書(shū)屋22聽(tīng)雨D書(shū)屋方向與軸線間的夾角為方

11、向與軸線間的夾角為 ，由，由 得得 【相控掃描陣相控掃描陣】相控掃描陣：主輻射方向在空間按一定規(guī)律掃描的陣列天線。相控掃描陣：主輻射方向在空間按一定規(guī)律掃描的陣列天線。相控掃描陣的原理：相控掃描陣的原理：設(shè)天線陣的軸線沿設(shè)天線陣的軸線沿 軸正方向，最大輻射軸正方向，最大輻射0)cos(21mkdzm 控制電流相位差控制電流相位差 ，使它按照某種規(guī)律變化，那么，最大輻射，使它按照某種規(guī)律變化，那么，最大輻射方向也必然作相應(yīng)變化。方向也必然作相應(yīng)變化。23聽(tīng)雨D書(shū)屋【方向性系數(shù)方向性系數(shù)】最大輻射方向上方向性系數(shù)的一般表達(dá)式為最大輻射方向上方向性系數(shù)的一般表達(dá)式為當(dāng)天線的方向性圖為軸對(duì)稱(chēng)時(shí)當(dāng)天線的

12、方向性圖為軸對(duì)稱(chēng)時(shí)對(duì)對(duì)N元直線陣，有元直線陣，有 ，在天線元數(shù)，在天線元數(shù)N很大時(shí)，方向性很大時(shí)，方向性很強(qiáng)，能量集中在很強(qiáng)，能量集中在 附近很小的范圍里。這時(shí)附近很小的范圍里。這時(shí) ，2sin2sin)(NNFa0sin)cos(2)cos(2sin22sin)(kdNkdNNNFa24聽(tīng)雨D書(shū)屋設(shè)天線陣的總長(zhǎng)度為設(shè)天線陣的總長(zhǎng)度為 , 且且 。當(dāng)。當(dāng)N 很大時(shí)有很大時(shí)有 ，代入上式可得代入上式可得LdNL) 1(NdL 2cos2)2cos2sin()(NkLNkLFa邊射陣的方向性系數(shù)：邊射陣的方向性系數(shù)：因?yàn)橐驗(yàn)?，故，故 ，所以，所以0cos2)cos2sin()(kLkLFa022sin)cos2()cos2(sin2dkLkLD令令 ，則，則 ， ，當(dāng)，當(dāng)N 很大時(shí)，很大時(shí)，cos2kLz dkLdzsin2222sin22kLkLdzzzkLD25聽(tīng)雨D書(shū)屋端射陣的方向性系數(shù)：端射陣的方向性系數(shù)：由由 ， 得得 ， kd) 1(cos2) 1(cos2sin)(kLkLFa02sin) 1(cos2)1(cos2sin2dkLkLD當(dāng)當(dāng)N 很大時(shí)，可求得很大時(shí)，可求得考慮考慮 的情況，的情況，kd強(qiáng)方向性端射陣的方向性系數(shù)為強(qiáng)方向性端射陣的方向性系