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《微波与天线N元天线阵》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、微波与天线-N元天线阵均匀直线阵直线阵：由N个相同的单元天线等间距地排列在一条直线上构成。均匀直线阵:若各单元上的馈电电流大小相同，而相位沿线均匀递增或递减，这样的直线阵称为均匀直线阵。如图所示:N元直线阵若第1单元的电流为，递增的相位值为，则第n单元的电流可表示为N元均匀直线阵的辐射场由N个单元的辐射场叠加获得，即对远场区而言，关系为：若令：则辐射场：均匀直线阵的归一化阵因子为：该直线阵的方向性函数为：五元阵的归一化阵因子图令θ=π/2,得到H平面方向图函数即阵因子方向函数1）主瓣方向均匀直线阵的最大值发生在=0或kdco
2、s+ζ=0时,由此得出cos=这里,有两种特殊情况尤为重要。(1)边射阵最大辐射方向在垂直于阵轴方向上,即=±π/2,ζ=0,也就是说,在垂直于阵轴方向上,各元到观察点没有波程差,所以各元电流不需要有相位差。(2)端射阵最大辐射方向在阵轴方向上,即=0或π,ζ=kd(=0)或ζ=kd(=π),也就是说,阵的各元电流沿阵轴方向依次滞后kd。可见,直线阵相邻元电流相位差ζ的变化,引起方向图最大辐射方向的相应变化。如果ζ随时间按一定规律重复变化,最大辐射方向连同整个方向图就能在一定空域内往返运动,即实现方向图扫描。
3、这种通过改变相邻元电流相位差实现方向图扫描的天线阵,称为相控阵。处。显然,边射阵与端射阵相应的以表示的零点方位是不同的。3）主瓣宽度当N很大时,头两个零点之间的主瓣宽度可近似确定。令表示第一个零点,则=±2π/N。(1)边射阵（ζ=0,=π/2）设第一个零点发生在处,则头两个零点之间的主瓣宽度为2Δ=2()2）零辐射方向阵方向图的零点发生在
4、A()
5、=0或因而有所以当Nd>>λ时,主瓣宽度为很长的均匀边射阵的主瓣宽度（以弧度计）近似等于以波长量度的阵长度的倒数的两倍。(2)端射阵（ζ=kd,
6、=0）设第一个零点发生在及ψ01=kd(cos)处，则当Δ很小时,,所以端射阵的主瓣宽度为显然,均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵的主瓣宽度。显然,均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵的主瓣宽度。(3)旁瓣方位旁瓣是次极大值,它们发生在处，即第一旁瓣发生在m=1即ψ=±3π/N方向。(4)第一旁瓣电平当N较大时有若以对数表示,多元均匀直线阵的第一旁瓣电平为当N很大时,此值几乎与N无关。也就是说,对于均匀直线阵,当第一旁瓣电平达到13.5dB后,即使再增加天线元数,也不能降低旁瓣电平。因此,
7、在直线阵方向图中,降低第一旁瓣电平的一种途径是使天线阵中各元上的电流按锥形分布,也就是使位于天线阵中部的天线元上的激励振幅比两端的天线元的要大。下面将举例说明这种阵列。例间距为λ/2的十二元均匀直线阵①求归一化阵方向函数;②求边射阵的主瓣零功率波瓣宽度和第一旁瓣电平,并画出方向图;③此天线阵为端射阵时,求主瓣的零功率波瓣宽度和第一旁瓣电平,并画出方向图。解:十二元均匀直线阵函数为其中ψ=kdcos+ζ十二元均匀直线阵归一化阵方向图其第一零点发生在将阵间距d=λ/2代入上式得ψ=πcos+ζ对于边射阵,ζ
8、=0,所以,ψ=πcos。第一零点的位置为第一旁瓣电平为20lg0.212=13.5dB十二元均匀边射阵方向图对于端射阵,ζ=π,所以,ψ=πcos+π。第一零点的位置为πcos-π=主瓣零功率波瓣宽度为2Δ=68°第一旁瓣电平为20lg0.212=13.5dB十二元均匀直线阵的第一旁瓣电平（13.5dB）比五元均匀直线阵的第一旁瓣电平（12dB）仅降低了1.5dB。十二元均匀端射阵方向图例五元边射阵,天线元间距为λ/2,各元电流按三角形分布，其比值为1∶2∶3∶2∶1,确定阵因子和
9、归一化方向图,并将第一旁瓣电平与均匀五元阵相比较。解:五元锥形阵的归一化阵因子为:上式中,ψ=kdcos+ζ,而ζ=0,d=λ/2,所以五元锥形阵的主瓣发生在ψ=0即=±π/2处,旁瓣发生在即=0、π处，此时
10、A(ψ)
11、=1/9,其第一旁瓣电平为19.2dB,而五元均匀边射阵的第一旁瓣电平为12dB,显然不均匀分布直线阵旁瓣电平降低了,但主瓣宽度却增加了。非均匀五元阵归一化阵因子方向图天线阵方向图的主瓣宽度小,则旁瓣电平就高；反之,主瓣宽度大,则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄,但旁瓣数目多、电平高;二项式直线阵的主
12、瓣很宽,旁瓣就消失了。对发射天线来说,天线方向图的旁瓣是朝不希望的区域发射,从而分散了天线的辐射能量;而对接收天线来说，从不希望的区域接收,就要降低接收信噪比,因此它是有害的。但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用,从这点来说,旁瓣似乎又是有益的。实际上,只要旁瓣电平
