阵列天线宽波束综合

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天线阵列

天线阵列天线阵列是由多个天线组成的一种通信系统，用于接收和发送无线信号。

它通过多天线的协同工作，提供了更好的信号覆盖范围和更强的通信能力。

本文将介绍天线阵列的结构、工作原理以及应用领域等方面。

天线阵列通常由一组天线元件组成，这些元件可以排列在一条直线上，也可以形成一个二维或三维的阵列。

每个天线元件都能够独立地接收或发送信号，同时它们之间存在相互之间的协作关系。

通过控制天线元件之间的相位差，可以实现波束赋形，即将信号主要集中在某个方向上，提高信号的接收或发送效率。

天线阵列的工作原理是基于波束赋形技术。

当信号从不同的方向传播时，它们会到达天线阵列的不同位置。

通过对每个天线元件的信号进行加权和相位调整，可以实现对特定方向的信号增强，同时对其他方向的信号进行抑制。

这种波束赋形技术可以有效地提高信号的质量和传输距离。

天线阵列在通信领域有着广泛的应用。

首先，它可以用于移动通信系统，提供更稳定和可靠的通信信号。

在城市高楼和山区等复杂环境下，传统的天线往往无法满足全面的信号覆盖需求，而天线阵列可以通过波束赋形技术，将信号主要聚焦在用户所在的区域，提供更好的通信服务质量。

其次，天线阵列也可以用于雷达系统。

雷达是一种通过发射和接收无线波来检测目标物体的技术。

天线阵列可以提供更高的分辨率和更远的探测距离，使雷达系统能够更准确地获取目标物体的信息。

此外，天线阵列还可以应用于无线局域网（WLAN）以及无线电广播等领域。

在WLAN中，天线阵列可以提供更广阔的无线覆盖范围和更高的数据传输速率，满足用户对高速和稳定网络连接的需求。

在无线电广播中，天线阵列可以实现多波束传输，将广播信号分发到不同的接收设备，提供更多样化的广播服务。

综上所述，天线阵列作为一种通信系统，通过多个天线元件的协同工作，实现了波束赋形和信号增强的功能。

它在移动通信、雷达系统、无线局域网和无线电广播等领域都有广泛应用。

随着无线通信技术的不断发展，天线阵列将在未来的通信领域发挥更加重要的作用。

雷达阵列天线介绍

■开课目的“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。

课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。

■课程要求●约有五次作业●考核平时成绩占20％。

包括平时作业，出勤情况。

期末考试成绩占80％(一页纸开卷)雷达阵列天线简介1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。

它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。

接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。

发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。

移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。

为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。

AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)目前该系统安装在导弹巡洋舰上导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。

其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。

和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。

孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。

它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。

爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)3、机载预警和控制系统(AW ACS)世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS 系统研制的。

稀疏共形阵列天线综合方法

ｔｈｅｅｖｅｎｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌａｒｒａｙｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｉａｇｒａｍｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ｍｏｄｅｌ，ｕｓｅｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｃａｒｒｉｅｓｏｎｔｈｅｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄ
形波束。雷达系统接收到的空间信号通常会受到噪声或者干扰源的污染，如果干
扰信号和期望信号处在相同的频带，仅用时域滤波器是无法将信号和干扰区分开
的。不过期望信号和干扰信号通常是来自空间不同方向的，所以波束形成就是将
天线阵列的接收信号经过一定的加权，使阵列方向图在期望信号方向的增益恒定，
并且在干扰方向形成零点，使系统总的输出功率最小，从而完成空域滤波的目的。
上世纪四十年代至今，均匀间隔天线阵列（即周期阵列）的理论已获得了广泛
而深入的研究【ｌ】，例如给定阵元数和阵列响应（如笔形波束，扇形波束等），可以利
用传统的道尔夫．切比雪夫综合法、泰勒综合法、傅立叶逆变换法和数值优化等方
电子科技大学硕士学位论文
法实现阵列综合。一般的阵列天线具有相同的阵元间距，一般不超过３，１２（名为波长），当要求天
自适应波束形成算法可以根据信号环境的变化，来自适应调整各阵元的加权因子，
达到增强信号同时抑制干扰的目的，从而使阵列的输出信号干扰噪声比（ＳｒＮＲ）最大。波束形成的方法基本上有两类：一类为统计最优方法；另一类为非数据依赖方法。其中，非数据依赖波束形成的设计与接收信号无关；统计最优方法的设计依赖于接收信号的随机统计特性。
ａｒｒａｙｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＧＡ），ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥ），

天线工程设计基础课件：阵列天线

性，根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、
相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起，并通过适
当的激励达到预定的辐射特性，这种多个辐射源的结构称为
阵列天线。根据天线阵列单元的排列形式，阵列天线可以分
为直线阵列、平面阵列和共形阵列等。
阵列天线
直线阵列和平面阵列形式的天线常作为扫描阵列，使其主波
波束最大值方向，则
阵列天线
6. 2. 2 天线阵的分析
1. 均匀线阵的分析
相邻辐射元之间距离相等，所有辐射元的激励幅度相同，
相邻辐射元的激励相位恒定的线阵就是均匀线阵，如图 6.2所示。列天线图 6.2 均匀线阵
阵列天线
1 )均匀线阵方向图
若 n 个辐射元均匀分布在 z 轴上，这时单元的位置坐标
向图函数。当阵列单元相同时， f n (θ ， ϕ ) = f ( θ ， ϕ )，
对于均匀直线阵有 I n = I 0 ，上式可化为
阵列天线
其中
阵列天线
式(6－62 )为方向图乘积原理，即阵列天线的方向图函
数等于阵列单元方向图函数与阵列因子的乘积。 S (θ ， ϕ )
称为阵列因子方向图函数，它和单元数目、间距、激励幅度
单元共轴排列所组成的直线阵，阵列中相邻单元的间距均为
d ，设第 n 个单元的激励电流为 I n ej β n ，通过将每个阵列
单元与一个移相器相连接，使电流相位依次滞后 α ，
阵列天线
将单元 0 的相位作为参考相位，则 βn =nα 。由几何关系可
知，当波束扫描角为 θ 时，各相邻单元因空间波程差所引起
瓣指向空间的任一方向。当考虑到空气动力学以及减小阵列
天线的雷达散射截面等方面的要求时，需要阵列天线与某些

基于遗传算法的阵列天线赋形波束综合

基于遗传算法的阵列天线赋形波束综合作者：韩荣苍孙如英来源：《现代电子技术》2008年第09期摘要：提出了一种改进的适应度函数确定方法，算法采用易操作的二进制编码。

通过改变适应度函数中的待定参数，有效提高了搜索效率。

采用遗传算法对基站天线的方向图赋形，其结果优于同种条件下用Woodward法得到的结果。

结合工程实践，考察了本文遗传算法的解的稳定性。

关键词：遗传算法;赋形波束;阵列天线;天线综合中图分类号：TP18 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)09-035-Pattern Synthesis of Shaped Beam for Array Antennas Based on Genetic Algorithm(Linyi Normal University,Linyi,276005,China)Abstract：An improved method of defining fitness function is presented.Higher efficiency of searching can be achieved by setting undetermined parameter of fitness function.One shaped-beam array antenna is designed using genetic algorithm,the result is better than Woodward.The stability of the answer to GA is checked for engineering practice.The results of this paper are important either for engineering and theory.Keywords：genetic algorithm;shaped-beam;array antennas;antenna synthesis1 引言阵列天线的综合问题大多呈现多参数、不可微甚至不连续的特性，其方向图参数的最优化是一种非线性优化问题。

阵列天线分析与综合复习

阵列天线分析与综合复习第一章直线阵列的分析1. 什么是阵列天线的分析？2. 什么是阵列天线的综合？3. 能导出均匀直线阵列的阵因子sin(/2)(),cos sin(/2)Nu S u u kd u βα==+ 当阵轴为x 轴、y 轴或z 轴时，cos β的表示分别是什么？阵因子与哪些因素有关？4. 均匀侧射阵与端射阵(1) 什么是均匀直线侧射阵和端射阵？它们的阵因子表示分别是什么?(2) 最大辐射方向与最大值(3) 抑制栅瓣条件(4) 零点位置(5) 主瓣零点宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(6) 半功率波瓣宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(7) 副瓣电平。

能证明均匀直线阵的副瓣电平SLL=-13.5dB 。

(8) 方向性系数。

■能证明不等幅、等间距直线阵的方向性系数公式(1.38)■当/2d λ=时，能证明得到式(2.26)■能导出均匀直线侧射阵和端射阵的阵因子公式2/D L λ=和4/D L λ=5. 能用Z 变换方法和直接相加法分析书上P17图1.14、图1.15、图1.17分布与P34习题1.10正弦分布的阵列。

即能根据P18表1.2的阵列函数简表导出阵因子，并能写出求和形式的阵因子和作适当的分析。

直线阵列能用Z 变化法分析的条件限制是什么？6. 谢昆诺夫单位圆辅助分析阵列(1) 能由阵列多项式的零点导出阵列激励分布，见P34习题1.13。

(2) 熟悉不同单元间距d 时，,cos ju w e u kd θα==+，w 在单位圆上的轨迹变化。

(3) 根据w 在单位圆上的轨迹变化，能说明阵列不出现栅瓣的条件。

(4) 单位圆上某点与各零点的距离的乘积含义是什么？(5) 能用单位圆分析一个简单直线阵列。

7. 不均匀阵列概念(1) 不等间距阵列(2) 幅度不均匀阵列(3) 相位不均匀阵列(4) 波束展宽方法(5) 相位和幅度误差分析模型8. 单脉冲阵列(激励幅度对称)(1) 和方向图■能根据阵列单元顺序排列写出阵因子方向图函数(单元数不分奇偶)。

超宽带阵列天线波束赋形技术

超宽带阵列天线波束赋形技术
超宽带阵列天线波束赋形技术是一种通过调整天线阵列中每个天线元素的相位和振幅来实现具有特定方向性和波束形状的信号发射或接收的技术。

它可以在空中传输多个独立的数据流，并提高通信系统的容量和效率。

超宽带阵列天线波束赋形技术的主要原理是利用天线阵列中的每个天线元素的相位差，使得相位叠加在某个方向上产生增强的信号，从而形成一个窄束。

这样一来，信号的传输方向性就可以被控制，可以避免多路径干扰和信号衰减，提高信号的传输质量和传输距离。

超宽带阵列天线波束赋形技术在无线通信领域有广泛的应用，例如室内Wi-Fi覆盖、5G通信系统、雷达系统等。

通过波束赋形技术，可以实现高速、高容量的通信，提高通信质量和用户体验。

同时，它也有助于降低功耗和减少电磁辐射，提高天线能效和系统效率。

总的来说，超宽带阵列天线波束赋形技术通过调整天线阵列中每个天线元素的相位和振幅，使得信号具有特定方向性和波束形状，从而提高通信质量、传输距离和系统效率。

它是无线通信领域中的重要技术之一，具有广阔的应用前景。

阵列天线分析与综合_4

§2.6 伍德沃德—劳森抽样法简称伍德沃德法。

这种方法是用于天线波束赋形的一种常用的方向图综合方法，它是对所需方向图在不同离散角度处进行抽样来实现预期方向图的。

与各方向抽样和联系的是谐波电流，谐波电流对应的场叫做构成函数。

综合方法分为连续的线源和离散的线阵分别讨论。

对于连续线源。

其构成函数为形式，对于离散线阵，其构成函数为形式。

各谐波电流激励系数等于所要求的方向图在对应抽样点上的幅度。

谐波电流的有限项之和为源的总激励。

构成函数的有限项之和则为综合的方向图，其中每一项代表一个电流谐波产生的场。

sin()/m m a u u m m sin()/(sin )m m a nu n u m a 伍德沃德方法中有关公式的处理类似于信号理论中的香农(Shannon)抽样定理。

该定理指出：“一个有限频带的函数，如果最高频率为()g t h f ，则函数可以用等间隔的抽样唯一地表示。

抽样间隔必须不大于()g t 1/(2)/2h h t f T Δ==，为对应于最高频率的周期”。

用类似的方法综合天线方向图时，其抽样间隔应取h T /L λ弧度，L 为源的长度。

2.6.1连续线源(1) 连续线源上的电流分布对于长为L 的连续线源，伍德沃德方法是令连续线源的总电流I (z )在线上用若干谐波电流()n I z 的有限和来表示：()(),/2/2N n n N I z I z L z L =−=−≤∑≤ (2.119)式中谐波电流为cos (),/2/2n jkz n n a I z e L z L Lθ−=−≤≤ (2.120) n θ代表所需方向图的抽样角度。

(2N 个偶数抽样)1,2,,n =±±± N N (2N +1个奇数抽样)0,1,2,,n =±±± (2) 谐波电流产生的场方向图由各谐波电流()n I z 产生的场方向图函数(即构成函数)为/2/2(cos cos )cos /2/2()()n L L jkz jkz n n n L L a S I z e dz e L θθθθ−−−==∫∫dzsin[(cos cos )]2(cos cos )2n n n kL a θθθθ−=− (2.121) 其最大值发生在n θθ=处。

阵列天线分析与综合复习2

阵列天线分析与综合复习第一章直线阵列的分析1.阵列天线的分析是指：在知道阵列的四个参数(单元总数，各单元的空间分布，激烈幅度和激烈相位)的情况下确定阵列的辐射特性(方向图，方向性系数，半功率波瓣宽度，副瓣电平等)阵列天线的综合是指：在已知阵列辐射特性的情况下，确定阵列的四个参数。

2.能导出均匀直线阵列的阵因子函数S(u)二sin(Nu /2)u = kd cos 1 川黑 sin (u/2)(1)平行振子直线阵，振子轴为z 轴方向，沿x 排列时，阵轴与射线之间的夹角为 cos 一：x 二 cos 「sin^ ；沿 y 轴排列时，cos = sin 「sinr 。

⑵共轴振子线阵，一般设阵轴为 z 轴，此时cos -二COST(3)什么是均匀直线式侧射阵(各单元等幅同相激烈，等间距最大指向-/2)■沿x 轴并排排列，振子轴为z 轴的半波振子直线阵，侧射时的最大指向为 y 轴方向■沿z 轴排列的共轴振子直线阵，侧射时的最大指向在 xy 平面上■并能导出激励幅度不均匀、间距不均匀、相位非均匀递变的直线阵阵因子 3. 均匀侧射阵和端射阵(1) 什么是均匀侧射阵和端射阵，他们的阵因子表示是什么？ (2) 最大辐射方向及最大值。

弘二NI 。

侧射°=0 盅=兀/2 (X«cosP m =—端射 kd P m = 0L .kd'⑷ 零点位置：cos ：on = cos : m 二 n ，/ Nd(6)半功率波瓣宽度端射阵：(BW)h=108. /Nd (o)=1.9「/Nd (rad)(3)抑制栅瓣条件: d :::(5)主瓣零点宽度:侧射阵端射阵(BW)bo =2 , / Nd (BW)b 。

=2、2 / Nd侧射阵: (BW)h=51 ■ / Nd (o) =0.886 ■ / Nd (rad )⑺副瓣电平能证明均匀直线阵的副瓣电平 SLL 二-13.5dB 。

(8)方向性系数能证明不等幅，等间距直线阵的方向性系数式(1.38)，即N Jr' I n 2n=0 j(n_m)：.sin[( n - m)kd](n -m)kdN Ar I n )2D =—VI 2心(9)强方向性端射阵概念：在普通端射阵的均匀递变相位的基础上再附加一个均匀递变的滞后相位 S ,可以提高端射阵的方向性系数。

阵列天线分析与综合

阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。

天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。

天线的性能直接影响到无线电设备的使用。

现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。

阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。

如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。

平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。

在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。

例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。

天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。

对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。

在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。

在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。

随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。

等等。

综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。

211018230_阵列天线波束合成计算

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年4月1日第46卷第7期Apr.2023Vol.46No.70引言天线在无线通信系统中主要承担着发射和接收信号的作用[1]，目前已经广泛应用于军工、民用电子和航空航天领域。

相比于单个天线，阵列天线[2]具有较高的增益和更低的副瓣[3]、更窄的波束和更深的零陷等特性[4]。

当天线的窄波束以一定规律在宽空域[5]范围扫描，其中一种就是相控[6]扫描，通过对阵元相位的控制，实现波束扫描机制。

影响阵列天线的性能有如下几个因素：阵列单元数、阵元间距、阵元激励的幅度相位以及阵元的馈电方式等。

按照阵列天线的阵元维数排列进行分类，包括一维、二维和三维阵列天线。

本文建立了一维和二维天线阵列的数学模型，通过改变阵元数、阵元间距以及不同的阵元函数等，得到了不同参数变化对阵列方向图的影响[7]。

1阵列天线简介1.1阵列天线方向图计算原理一维直线阵列天线是指阵列单元[8]都在一条直线上的天线，该直线阵上有N 个阵元，设远场观测点为P (r ,θ,ϕ)，对于直线阵而言，观测点和直线阵属于同一平面，所以ϕ=0。

设坐标原点为参考点，信号的入射方向为(θ,ϕ)，其中入射信号的俯仰角为θ，方位角为ϕ。

此时沿观测点方向的单元向量e r 从球坐标系转化为直角坐标系，则有：e r =(sin θcos ϕ,sin θsin ϕ,cos θ)=(sin θ,0,cos θ)（1）天线阵第n 个阵元的激励为I n =I n e j αn，假设直线阵[9]阵元等间距排列，第二个阵元到坐标参考点的间阵列天线波束合成计算李沙，颜毅华，王威，陈志军（中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室，北京100190）摘要：阵列天线广泛应用于多目标、多任务雷达系统中。

构建直线阵列、平面阵列天线的数学模型，借助Matlab 对不同模型的阵列天线方向图进行了仿真计算。

分析了一维阵列和二维阵列阵元个数、阵元间距以及阵元位置等因素对方向图的影响。

稀疏共形阵列天线综合方法

ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
ａｎｄｂｏｔｈ’Ｓｕｎｉｏｎ，ｃａｒｒｉｅｓｏｎｔｈｅｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｒｒａｙｓｅｌｅｍｅｎｔｓｔｏｓｐａｒｓｅｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｒａｒｒａｙｓｅｌｅｍｅｎｔｓ；Ｆｉｎａｌｌｙ，ｈａｓｉｎｆｅｒｒｅｄ
ａｒｒａｙｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＧＡ），ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥ），
ａｒｒａｙｓ，ｃｉｒｃｕｌａｒａｒｒａｙｓ，ｃｙ声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢拘地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
ｐａｔｔｅｒｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈｏｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｉｄｅｌｏｂｅｌｅｖｅｌ；Ｔｈｅｎ，ｈａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｓｐａｒｓｅ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｅｖｅｎｃｉｒｃｕｌａｒａｒｒａｙｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｏｄｅｌ，ＵＳｅＳｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｇｅｎｅｔｉｃ
上世纪四十年代至今，均匀间隔天线阵列（即周期阵列）的理论已获得了广泛
而深入的研究【ｌ】，例如给定阵元数和阵列响应（如笔形波束，扇形波束等），可以利
用传统的道尔夫．切比雪夫综合法、泰勒综合法、傅立叶逆变换法和数值优化等方
电子科技大学硕士学位论文
法实现阵列综合。一般的阵列天线具有相同的阵元间距，一般不超过３，１２（名为波长），当要求天

阵列天线原理

阵列天线原理天线是无线通信系统中不可或缺的组成部分，它承担着接收和发送无线信号的重要任务。

而在一些特定的应用场景中，单一的天线往往难以满足通信系统对于信号覆盖范围和传输性能的要求，这时就需要采用阵列天线来提高系统的性能。

阵列天线是将多个天线按照一定的几何形式排列在一起，通过合理的信号处理方法，实现对信号的接收和发射，从而提高系统的性能。

本文将介绍阵列天线的原理及其在无线通信系统中的应用。

首先，阵列天线的原理是基于波束赋形技术。

波束赋形是指通过对每个天线单元的输入信号进行加权和相位调控，使得天线阵列在特定方向上形成主瓣增益，同时抑制其他方向的干扰，从而实现对特定方向信号的接收和发射。

这种技术可以有效提高系统的信号接收灵敏度和抗干扰能力，同时还可以实现波束的电子扫描，从而满足对于不同方向信号的覆盖需求。

其次，阵列天线在无线通信系统中有着广泛的应用。

在移动通信系统中，基站天线往往采用阵列天线来实现对移动用户的覆盖和干扰抑制，从而提高通信质量和系统容量。

在雷达系统中，阵列天线可以实现对目标的高分辨率成像和快速扫描，满足对于目标探测和跟踪的要求。

此外，在航天、航空等领域，阵列天线也被广泛应用于通信、导航和遥感等系统中。

最后，随着通信技术的不断发展，阵列天线也在不断演化和创新。

传统的均匀线阵、均匀面阵逐渐衍生出非均匀阵列、自适应阵列等新型结构，以满足对于多频段、宽带、多功能的需求。

同时，随着微波集成技术和信号处理技术的进步，阵列天线的尺寸和功耗也在不断减小，性能和成本也在不断提高。

未来，随着5G、物联网等新兴应用的兴起，阵列天线必将发挥越来越重要的作用，成为无线通信系统的重要支撑。

综上所述，阵列天线作为一种重要的天线结构形式，具有波束赋形、广泛应用和不断创新的特点。

它在提高通信系统性能、满足多样化需求方面发挥着重要作用，对于无线通信技术的发展具有重要意义。

相信随着技术的不断进步，阵列天线必将在未来的通信领域中展现出更加广阔的应用前景。

半球面共形阵列波束综合技术研究

ＫＹＯＲ：ｅｍｆｒｉｇＣｎｏｌｒｙ；ｅｅｃａｏｔｍ（Ａ）ＯｔｉｔｎＥＷＤＳＢａｍｎ；ｏｆｒｒｓＧｎｔｌｒｈＧ；ｐｉｚｉｏｍａａａｉｇｉｍａｏ
解决这一复杂优化问题。阵列天线波束综合要使阵列方向
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｏｉｒｖｈｉｎｌｔｏｓａｉｆａｔｎａｗｔｎｅｆｒｎｅ，ｗｅｉｔｏｕｅｈｄａｔｇｓｏＴｍｐｏｅｔｅｓｇａｏｎｉｅｒｔｏｎｅｎｉｉｔｒｅｃｓｏｈｅｎｒｄｃｄｔｅａｖｎａｅｆｓｈｒａａｒｙａｔｎａＢｔｈｐｅｉａｒｙａｔｎａｉｎｎｉｅｒｎａｏａａｙｉａｏｕｉｎ，．Ｔｅｔｄｔｎｐｅｉｌｒａｎｅｎ．ｕｅｓｈｒｃａｒｎｅｎｏｌｎａｄｈｓｎｎｌｔｌｌｔｃｔｌａｓａｃｓｏｈａｉｏａｒｉｌｌｅｒｂａｓｎｈｓｓｍｅｈｄｉｄｆｃｌｔｏｖｅｃｍｐｅａｎｐｏｌｍｆｈｐｅｃｒａｎｅｎｉｈ — ｉａｅｍｙｔｅｉｔｏｓｉｕｔｏｓｌｅｔｏｌｘｇｉｒｂｅｏｅｓｈｒａａｙａｔｎａｗｔｍｕｉｎｉｈｔｉｌｈ
全方位探测空域的多波束，也容易实现在不同方向灵活可变
中，这主要由于当干扰方向在某个角度区域内不固定的变化时无法及时准确确认干扰方向，传统的方法很难获取最大的信噪比，宽角零陷的技术可以很好的解决此类问题。本文将遗传算法应用到共形球面阵列波束综合中，解决了复杂的宽角零陷形成问题，实现了比传统综合方法更大信噪比的信号接收。文中还分别对唯相位波束综合和幅度相位联合波束综合两种方法进行波束综合的效果进行了比较。

5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术

5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术随着移动通信技术的不断进步，人们对于更高速率、更可靠的无线通信需求也越来越大。

为满足这一需求，5G技术应运而生。

5G技术的核心之一就是大规模天线阵列与波束赋形技术，它们在提高数据传输速率和增强无线信号质量方面发挥着重要作用。

大规模天线阵列是5G系统中基础设备的重要组成部分。

传统的无线通信系统多采用单一的天线发射信号，而大规模天线阵列是由数十个乃至数百个天线组成的阵列。

这种天线阵列的设计类似于雷达天线，但其目的是更好地聚焦和捕捉无线信号。

通过将多个天线的信号相互干涉叠加，可以增加无线信号的传输距离和传输速率，实现更强的信号覆盖。

而波束赋形技术是5G技术中另一项重要技术。

波束赋形是通过调整天线阵列的相位和幅度，使得无线信号能够准确地聚焦在特定的用户或区域。

传统的通信系统在发送信号时会将信号辐射到周围的空间中，效果相当于将信号均匀地向四面八方辐射。

而波束赋形技术则可以将信号按照指定的方向进行辐射，提高了信号的传输效率和容量。

通过使用波束赋形技术，可以将大量的能量聚焦在用户所在的位置，从而提供更强的信号强度和更高的数据传输速率。

大规模天线阵列和波束赋形技术的结合，可以实现更好的信号覆盖和更高的数据传输速率，为5G技术的推广和应用提供了重要的技术支持。

大规模天线阵列可以提高信号覆盖范围和干扰抑制能力。

通过将多个天线的信号聚合在一起，可以提高信号的强度和覆盖范围，同时在传输过程中还可以对多径干扰进行抑制，提高信号的传输质量。

波束赋形技术可以提高数据传输速率和系统容量。

通过将无线信号进行精确定向，可以将信号能量集中在用户所在的位置，提高信号的传输速率和系统容量。

但是，大规模天线阵列和波束赋形技术在应用过程中也面临一些挑战。

由于天线数量的增加，天线之间的相互干扰成为一个问题。

当天线之间相互干扰时，可能会降低系统的传输质量。

大规模天线阵列和波束赋形技术的实现需要更高的计算和处理能力，这对于基站设备来说是一项挑战。

阵列天线分析与综合

W
=
NN
Im Ine j(αm −αn )
m=1 n=1
sin(k ρmn ) k ρmn
此式的导出用了关系
∫π 0
/2
J0(x sinθ
)sinθ dθ
=
π J1/ 2(x) = sin x
2x
x
把式(3.101)代入(3.97)得
D = | S(θ0,ϕ0 ) |2 W
(3.101) (3.102)
∑ 于是式(3.91)变为：
Sh (ϕ
)
=
NI
∞ m = −∞
e−
jmNϕ
/ 2J mN
(2ka
sin
ϕ 2
)
(3.93)
此为阵列平面内的阵因子，它与θ 角无关。这说明调整单元激励相位αn 为式(3.92) 式表示，则可使圆环阵的最大指向在阵列平面内。
2. 主瓣最大值指向 z 轴方向
此时θ0 = 0 ，可得，αn = 0 ，即阵列单元同相激励，最大值在阵面侧向。 ρ = a sinϕ
阵列天线分析与综合讲义
王建
§3.5 圆环阵列的分析
多个单元分布在一个圆环上的阵列称为圆环阵列。这是一种有实际意义的阵列结构，可应用于无线电测向、导航、地下探测、声纳等系统中。
3.5.1 方向图函数
设有一个圆环阵，放置在 xy 平面内，圆环的半径为 a，有 N 个单元分布在圆环上，如图 3-27 所示。第 n 个单元的角度为ϕn ，其位置坐标为( xn, yn )，该单元的远区辐射场为
−ϕn 2
),
m ≠ n，
⎪⎩0 ,
m=n
(3.98) (3.99)
ϕ mn
=
tan−1( sinϕm cosϕm

波束宽度和口径的关系

波束宽度和口径的关系引言波束宽度和口径是无线通信系统中重要的参数，它们直接影响着通信质量和系统性能。

本文将深入探讨波束宽度和口径的关系，并对其在无线通信系统中的应用进行详细讨论。

无线通信系统概述无线通信系统是一种通过无线电波传输信息的通信系统。

它由发射器、接收器和传输媒介组成。

在传输过程中，无线电波会经过各种传播路径，包括直射路径、反射路径和散射路径等。

为了提高通信质量和系统容量，人们提出了波束成形的概念。

波束成形技术波束成形技术是一种通过改变发射天线的辐射特性，将无线信号集中在特定方向上的技术。

它可以增加信号的接收强度和抑制干扰信号，从而提高通信质量。

波束成形技术在无线通信系统中得到了广泛应用。

波束成形原理波束成形原理基于天线阵列的原理。

天线阵列由多个天线组成，通过改变天线的相位和幅度，可以形成一个特定方向的波束。

这样，信号就可以被集中在特定方向上，从而提高接收信号的强度。

波束宽度的定义波束宽度是指波束在空间中的分布范围。

它可以用来描述波束的方向性能和覆盖范围。

波束宽度越小，波束的方向性能越好，但覆盖范围也越小。

波束宽度与天线阵列的口径有关。

波束宽度与口径的关系波束宽度与口径之间存在着密切的关系。

口径是指天线阵列的物理尺寸，它决定了天线阵列的方向性能。

口径越大，天线阵列的方向性能越好，波束宽度越小；口径越小，天线阵列的方向性能越差，波束宽度越大。

口径对波束宽度的影响口径对波束宽度的影响主要体现在两个方面：辐射效率和主瓣宽度。

1.辐射效率：口径越大，辐射效率越高。

辐射效率是指天线阵列将输入功率转化为辐射功率的能力。

口径越大，天线阵列的辐射效率越高，波束宽度越小。

2.主瓣宽度：主瓣宽度是指波束的主要辐射方向范围。

口径越小，主瓣宽度越大。

口径越大，主瓣宽度越小。

这是因为口径越大，天线阵列的方向性能越好，能够更好地将信号集中在主瓣方向上。

口径选择的考虑因素在实际应用中，口径的选择需要考虑多个因素，包括系统需求、成本和可行性等。

天线阵列参数

天线阵列是无线通信领域中非常重要的一个概念，它是由一组天线组成的，用于发送和接收无线信号。

天线阵列的参数包括阵列形状、阵列单元间距、阵列单元数量、阵列增益、波束宽度、交叉极化鉴别率、天线增益和极化方式等。

下面将对这些参数进行简要介绍。

阵列形状：阵列形状是指天线阵列的几何结构，常见的有线性阵列和圆形阵列等。

不同的阵列形状适用于不同的应用场景。

阵列单元间距：阵列单元间距是指相邻两个阵列单元之间的距离，它会影响阵列的波束宽度和方向性。

间距越小，波束宽度越窄，方向性越强；间距越大，波束宽度越宽，方向性越弱。

阵列单元数量：阵列单元数量越多，阵列的分辨率越高，但同时也会导致辐射功率和互耦等问题。

阵列增益：阵列增益是指阵列发送或接收信号时的能量增强程度，它是由天线排列和电路设计等因素决定的。

阵列增益越高，信号的传输距离越远，通信质量越高。

波束宽度：波束宽度是指阵列在空间中形成的波束角度，它会影响阵列的方向性。

波束宽度越窄，方向性越强；波束宽度越宽，方向性越弱。

交叉极化鉴别率：交叉极化鉴别率是指阵列对不同极化的信号的鉴别能力，它会影响阵列在复杂电磁环境下的性能。

天线增益：天线增益是指单个天线的发射或接收能力，它会影响信号的强度和覆盖范围。

对于阵列天线来说，天线增益是由单个天线的增益和阵列排列方式等因素决定的。

极化方式：极化方式是指电磁波的电场方向随时间变化的特性，它会影响信号的传输距离、衰减特性和干扰抑制能力等。

在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的天线阵列，并综合考虑上述参数对阵列性能的影响。

同时，还需要考虑天线的尺寸、重量、成本和可维护性等因素。

天线阵列波束原理

天线阵列波束原理天线阵列波束原理是指通过多个天线元件组成的阵列，通过控制每个天线元件的相位和振幅，使得阵列所辐射的电磁波能够形成一个狭窄的波束，从而实现对特定方向的信号增强和干扰抑制。

天线阵列波束原理的核心思想是相干叠加。

在天线阵列中，每个天线元件都可以看作是一个单独的发射源或接收源，它们之间的相位差和振幅差决定了波束的形成。

当所有天线元件的相位和振幅都相同，它们发出的电磁波将在特定方向上相干叠加，形成一个强大的波束；而在其他方向上，由于相位差的存在，电磁波会互相干扰并抵消，从而实现对其他方向信号的抑制。

天线阵列波束原理可以应用于无线通信系统、雷达系统、声纳系统等各种领域。

在无线通信系统中，天线阵列可以用于增强信号的传输距离和传输速率，提高系统的覆盖范围和容量。

在雷达系统中，天线阵列可以用于提高目标检测和跟踪的精度和灵敏度。

在声纳系统中，天线阵列可以用于定位和识别水下目标。

实现天线阵列波束原理有两种常用的方法：干涉法和逐差法。

干涉法是通过控制每个天线元件的相位差来实现波束的形成。

当每个天线元件的相位差为零或整数倍的2π时，它们发出的电磁波将在特定方向上相干叠加，形成一个强大的波束；而在其他方向上，由于相位差不为零，电磁波会互相干扰并抵消。

逐差法是通过控制每个天线元件的振幅差来实现波束的形成。

当每个天线元件的振幅差为零时，它们发出的电磁波将在特定方向上相干叠加，形成一个强大的波束；而在其他方向上，由于振幅差不为零，电磁波会互相干扰并抵消。

天线阵列波束原理的优点主要有以下几点：首先，可以实现对特定方向信号的增强和干扰抑制，提高系统的性能和可靠性；其次，可以实现对多径效应和噪声的抑制，提高系统的抗干扰能力；再次，可以实现对多个目标的同时检测和跟踪，提高系统的工作效率和效果。

然而，天线阵列波束原理也存在一些局限性。

首先，由于天线阵列需要控制每个天线元件的相位和振幅，因此需要复杂的硬件和算法支持；其次，在多径环境下，由于电磁波会经历不同路径的传播和反射，导致波束形状发生变化，从而影响系统性能；再次，在信号源方向不确定或多变的情况下，天线阵列可能无法准确地锁定目标。