阵列天线方向图的初步研究

合集下载

相控阵天线的相位方向图研究

收稿日期：2020-09-06
对天线的相位方向图的研究较少 [4]。在成像雷达领域，特别是复杂模式下的雷达成像，相位方向图对高精度成像的作用就显现出来。
网络通信与安全紫金山实验室作为江苏省市政府重点打造的科研单位，承担着 B5G/6G 关键技术的研发工作。其中超低成本 CMOS 工艺毫米波芯片、大规模相控阵天线设计是重点研发方向之一。本文以一维相控阵天线为例，研究了相控阵天线的扫描、发射波束展宽与接收波束展宽三种天线的基本工作模式下的相位方向图。发射波束展宽采用相位对称加权的方式实现；而接收波束展宽则通过幅度对称加权实现。研究发现不同模式下，相控阵天线的相位方向图规律不同，而对特别关注的主波束范围内，呈现出不同的特性。
摘要：文章从相控阵天线的基本理论出发，分析了相控阵天线在扫描、发射展宽、接收展宽三种情况下的相位方向图特
性。首先根据理论分析指出选择天线单元相位中心平面的几何中心作为相控阵天线相位方向图的参考基点在工程上最为合理，然
后分析了阵面在扫描以及接收幅度对称加权情况下，远场相对呈矩形波状，并且在天线的主波束范围内相位相等；而在发射相位
当波束进行扫描时，φn=0；当进行相位加权时，φn ≠ 0；an 为各辐射单元的幅相特性，若 an 均相等时，表示不进行加权； an 不相等时，进行了加权。
该函数是天线阵列远场幅度与相位特性的表征，不同的
天线单元形式具有不同的单元方向函数。对一定规模的阵列
天线，天线的波束宽度远小于天线单元的波束宽度，天线单
M/2]（不失一般性，认为 M 为奇数，若 M 为偶数，则范围
为 [-（M-1）/2，（M-1）/2]），此时，远场方向性函数为：
（（（）=
-
（（ -
））））

相控阵天线单元在阵中方向图研究

全激励方向图阵中方向图左边缘单元方向图左临边单元方向图右临边单元方向图右边缘单元方向图阵中（5号单元）方向图边缘单元（1号单元）方向图边缘单元（2号单元）方向图边缘单元（3号单元）方向图边缘单元（4号单元）方向图边缘单元（6号单元）方向图边缘单元（7号单元）方向图边缘单元（8号单元）方向图边缘单元（9号单元）方向图全激励方向图阵中方向图Unit 1(1) a flash in the pan昙花一现的人物，一时的成功★The low inflation rate will be no flash in the pan.(2) a matter of 关于...的问题；大约★To be promoted or to fall behind is not a matter of salary but even more a matter of self-respect. ★John cost a matter of 500 yuan for the coat.(3) a number of 一系列，一连串；大部分★When American’s National Research Council sent two engineers to supervise a series of industrial experiments at a large telephone-parts factory called the Hawthorne Plant near Chicago in 1924, it hoped they would learn how shop-floor lighting affected workers’ productivity.★A majority of immigrants spoke English well or very well after ten years of residence.(4)a majority of 种种，各种★A variety of small clubs can provide multiple opportunities for leadership, as well as for practice in successful group dynamics.(5) abide by 恪守，遵守，服从★Californians and New Englanders speak the same language and abide by the same federal laws.(6)above all 首要，尤其★Among the many shaping factors, I would single out the country’s excellent elementary schools; and above all the American genius。

阵列天线方向图的遗传算法综合及零陷研究的开题报告

阵列天线方向图的遗传算法综合及零陷研究的开题报告标题阵列天线方向图的遗传算法综合及零陷研究研究背景随着通信技术的发展，对天线方向图（Antenna Pattern）的要求越来越高。

阵列天线是一种常见的天线类型，它具有较窄的主瓣和较弱的旁瓣，方向图的合理设计对于信号的传输和接收至关重要。

而阵列天线的设计需要考虑到多个因素，包括天线的距离、放置方式和天线的特性等。

在阵列天线的设计中，方向图是一个重要的指标。

遗传算法在优化问题中表现出了较好的优越性，可以用于阵列天线方向图的综合设计。

此外，阵列天线方向图还存在零陷（Nulls）问题，在特定的方向上可能会出现方向图深度降低的现象，这也需要考虑到其设计中。

研究目的本研究旨在探究阵列天线方向图的遗传算法综合设计方法，并进一步研究零陷的问题。

具体研究目的如下：1. 探究阵列天线方向图的优化设计方法，基于遗传算法进行综合设计，以达到最佳的信号传输和接收效果；2. 分析阵列天线方向图中存在的零陷问题，提出有效的解决方法，并对其进行优化测试验证，以提高方向图的抗干扰能力和准确性；3. 开发基于遗传算法的阵列天线方向图优化设计软件，方便工程师在设计过程中快速地进行优化计算和分析。

研究内容本研究的主要内容包括以下方面：1. 阵列天线方向图和其优化设计方法的研究。

对天线的基本性质和方向图设计的要求进行分析研究，并探究遗传算法在阵列天线方向图综合设计中的应用；2. 阵列天线方向图中存在的零陷问题的研究。

对零陷产生的原因进行分析，并针对性地提出有效的解决方法，对其进行优化测试验证；3. 开发基于遗传算法的阵列天线方向图优化设计软件。

实现从基本参数设置、算法运行到结果分析等全面优化设计的功能。

研究方法1. 文献综述。

查阅大量文献，了解国内外研究现状和发展动态；2. 理论分析。

对阵列天线方向图的优化设计方法和零陷问题进行理论分析，提出相应的解决方法；3. 实验仿真。

利用仿真软件对提出的算法和方法进行验证和优化，并设计相应的实验方案；4. 软件开发。

天线阵列辐射方向图的研究

目录一、基本概念 (1)1.1方向图基本概念 (1)1.2主瓣宽度 (2)1.2.1主瓣宽度基本概念及特性 (4)1.3旁瓣抑制 (4)一、基本概念1.1方向图基本概念天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。

用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。

天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。

在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。

在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面。

归一化方向图取最大值为一。

在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。

主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，见图1：全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型；图2：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。

图1 全向天线波瓣示意图图2 定向天线波瓣示意图1.2主瓣宽度为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。

主要包括：零功率波瓣宽度、半功率点波瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数等。

1.零功率波瓣宽度，指主瓣两侧场强值为0的两个方向之间的夹角，用2表示。

许多天线方向图的主瓣是关于最大辐射方向对称的，因此，只要确定零功率主瓣宽度的一半，再取其2倍即可求得零功率主瓣宽度,即2=2。

2. 半功率点波瓣宽度，指方向图主瓣两侧两个半功率点（即场强下降到最大值下降到0.707（或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点）之间的夹角，又称为3dB波束宽度或主瓣宽度，记为。

对方向图对称天线，半功率主瓣宽度=2。

一般情况下，天线的E面和H面方向图主瓣宽度不同，分别记为、。

如不特殊说明，通常主瓣宽度是指半功率主瓣。

3. 副瓣电平，天线往往不止一个副瓣，而是有若干个。

仅靠主瓣的副瓣叫第一副瓣，依次为第二，第三、……副瓣，这些副瓣的峰值可能是不同的。

阵列天线方向图综合算法研究

印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编
入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业
大学。保密论文待解密后适用本声明。
西北工业大学硕士学位论文
摘要
摘要
随着高速计算机技术的发展，优化算法因智能其鲁棒性强、适合多目且标，
对目标函数无可微性要求等特点，在天线设计领域得到了越来越广泛的应用。本文主要研究分析了两种智能优化方法－遗传算法和粒子群算法，以及这两种算法在阵列天线方向图综合中的应用。遗传算法是一种模拟自然界生物进化规律的迭代算法，通过选择、复制、交叉和变异等算子进行进化操作，逐步靠近最优解．本文对遗传算法的原理和特点
ｅｏｔｎＴｅｔｔｎｂｉｄｕｈｃｎ，ｉｔｇｃｓｎａｄｖｌｉ．ｂｓｓｕｏｉｏｔｎｔｇｓｅｉｒｌａｎ，ｓｇｕｏｈｅｏｉｓｅｈｌａｏｅｔｇｅｃｉｒｉｎｌｐｏｍｔｉ．ｔｏｄｒｔｉｉｏＧｉｐｓｔ．ｅｍｎｓｅｕｔｇＴｅｒａｃａｃｒｔｆｓｅｅＴｅｅｔｃｒｔａｎｈｈｙｎｈａｅｓｅｃＡｒｎｄｈｌ＇ｕｎｅｅｒａｐｔｅｐａｏｌｅａａａｅａｏｔｉｄｅｃｔｍｘｕｍｌｄａｈｅｉａｒｙｎａｐｍｚｔｒｕｅａｍｍｉｎｓｆｒｎｎｒｉｅｏｕｄｎｒｔｅｄｈｅｉｓｅｌｃｎｏｔｂａｓｐ，ａｉｐｖｄｌｏｅｅｃｏｔ．ｉｌｅａｏｔｌｅｈｅｗｔｎｒｅｒ－ｄＧｎｔＡｇｒｈｄｅｎｖｄｒｈｍｅａｉｍｏｅｃｈａｅｉｌｉｍＴｉｉｐｖｄｎｉＡｇｒｍａｏｄｄｓｎｔｃｎｇｒｌｈｍｒｅＧｅｃｏｔｉｌｕｔｅｇｐｔｒｒｏｆｕｂｓｏｅｔｌｉｓｓｏｉａｅｅｉａｅｈｓｅｎａｔｎ，ｌｉｒｕｓｕａｅｏｆｕｂａａａｅａｃｈｓｎｎａｓｕｔｎｌａｏｔｔｒｒｎｇｒｌｒｙｎｗｉａｅｉａｏｅｔｂｍｓｐｔｅｉａｅｎｎｈｈａｎｃｒｔｔｏｔａｌｓｔａｅｔｉｉｔｔｔｍｔｄｕｓｉｔｓｅｉｗｓｉｈｂｔｅｒｇｎｎｃｅｔｅｏｄｃｓｄｈｐｐｒｗｃｅｓｉｏａｈｈｈｉｅｎａｓａｅｖｄａｅｓｉ

阵列天线方向图综合新技术研究

阵列天线方向图综合新技术研究阵列天线方向图综合新技术研究引言：天线技术作为通信领域的重要组成部分，对于增强通信系统的性能至关重要。

传统的单天线系统在满足日益增长的通信需求上已经无法满足现代社会对高速、高容量通信的要求。

而阵列天线技术作为一种重要的解决方案，通过利用多个小天线构成的阵列，能够实现灵活的信号处理和波束形成，从而提高通信系统的容量和可靠性。

本文将综合介绍阵列天线方向图的新技术研究，包括波束形成算法、阵列天线的布局和优化、阵列天线的信号处理以及在不同应用场景下的性能研究。

一、波束形成算法波束形成算法是实现阵列天线性能优化的核心技术之一。

目前常用的波束形成算法包括传统的线性加权算法和现代的非线性自适应波束形成算法。

传统的线性加权算法采用简单的均匀加权方式，对所有接收到的信号进行加权求和，其算法简单但效果有限。

而非线性自适应波束形成算法通过自适应地调整天线的相位和幅度权值，能够根据信号的到达角度和干扰环境动态调整，从而提高阵列天线的波束指向特性和抗干扰性能。

在波束形成算法中，最常用的是基于最小均方误差准则的自适应波束形成算法。

该算法通过不断调整天线的权值，使得波束方向上的信号功率最大化，抑制波束以外的干扰功率。

此外，还有一些改进的算法，如基于约束最优化的波束形成算法、基于子空间分离的波束形成算法等，这些算法在特殊场景下能够更好地适应和优化。

二、阵列天线的布局和优化阵列天线的布局和优化是提高阵列天线性能的重要手段。

在阵列天线的布局中，影响性能最大的是天线之间的距离和方向的选择。

一般情况下，天线之间的距离越小，波束方向图的主瓣宽度越窄，抗干扰性能越好。

而天线之间的方向选择则决定了波束的指向性能。

在实际部署中，常见的布局方式有线性阵列、圆形阵列、矩形阵列等多种形式，不同的布局方式对应不同的应用需求，需根据具体情况综合考虑。

在阵列天线的优化中，常用的是基于遗传算法、粒子群算法等优化算法。

这些算法通过随机搜索和迭代优化的方式，对阵列天线的布局进行优化，进而提高天线的指向性和经济性。

阵列天线方向图综合算法及其优化研究

I
阵列天线方向图综合算法及其优化研究
ABSTRACT
With the continuous development of the modern military technology, conformal array antenna, which has the same shape with the carrier, is drawing more and more attention. Pattern synthesis of array antenna is one of the most essential conformal antenna techniques. It is true that classical methods have been sound and practical. However, most of them employ the linear array, the planar array and the circular array, rather than the conformal array. Therefore, my subject is on the pattern synthesis technology and applying intelligent algorithms in pattern optimization of array antenna. Lagrange multipliers method, ant colony algorithm, particle swarm optimization are studied to solve the problems concerning the pattern synthesis of the linear array antenna, the planar array antenna and the conformal array antenna. First of all, based on the definition of space coordinate system and its symbols, the pattern synthesis algorithm is deduced with Lagrange multipliers method to maximize the directivity of antenna array. This method is used in the pattern synthesis of the linear array with 8, 16 elements and the planar array with 8×8, 12×12 elements. The simulation results show that the main lobe of the antenna array accurately points to the expectant direction. And on the same side lobe level, the beamwidth between first nulls in my proposal is close to that in Chebyshev synthesis, but the designed side lobe level is a bit higher. Secondly, based on the outline constructional and the technical parameters of mini-satellite, we designed a conformal antenna arrays, and used Lagrange multipliers method to carry out its pattern synthesis. The simulation results demonstrate that this method can accurately control the direction of the main lobe of the antenna arrays on mini-satellite. Finally, the Niche Ant Colony Algorithm (NACA), the Chaos Ant Swarm (CAS) and the Linear Decreasing Weight Particle Swarm Optimization (LDW-PSO) are used to optimize the side-lobe level, for the issue of high level of side lobe in Lagrange multipliers method. This thesis discusses the NACA and CAS algorithm, and applies them to optimize the pattern of linear antenna array with 8 and 16 elements. Comparing the result with that of Chebyshev synthesis, we can see that: when the side lobe level is suppressed, the width of the main lobe is close to that in Chebyshev synthesis. LDW-PSO is also used to optimize the pattern of linear antenna array with 8 elements, as well as the previous conformal array. The simulation results illustrate that the side lobe level can be suppressed. Key Words: array antenna, pattern synthesis, Lagrange multipliers, ant colony algorithm, PSO

天线方向图的理论分析及测量原理分析

实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。

电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。

可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。

具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。

选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。

天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。

衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。

全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。

定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。

立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。

天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。

阵列天线方向图及其MATLAB仿真学习总结

一．实验目的1. 了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2. 运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线3. 变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系二．实验原理1. 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。

阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。

2. 方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。

假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。

一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元阵列天线天线阵的方向图。

这就是方向图相乘原理。

一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。

这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。

三．源程序及相应的仿真图1.方向图随 n 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;lamda=0. 03;d=lamda/4;n1=20;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z11=(n1/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n1*sin(z21) ) ; F1=abs(f1) ;figure(1) ;plot(sita, F1, ' b' ) ;hold on;n2=25;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z12=(n2/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n2*sin(z22) ) ; F2=abs(f2) ;plot(sita, F2, ' r' ) ;hold on;n3=30;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda; z13=(n3/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n3*sin(z23) ) ;F3=abs(f3) ;plot(sita, F3, ' k' )hold off;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' 方向图与阵列个数的关系' ) ;legend(' n=20' , ' n=25' , ' n=30' ) ;结果分析：随着阵列个数n的增加，方向图衰减越快，效果越好；2.方向图随 lamda 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;n=20;d=0. 0002;lamda1=0. 002;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda1;z11=(n/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n*sin(z21) ) ;F1=abs(f1) ; %·òíúfigure(1) ;lamda2=0. 003;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda2;z12=(n/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n*sin(z22) ) ;F2=abs(f2) ;lamda3=0. 004;beta=2*pi*d*sin(sita) /lamda3;z13=(n/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n*sin(z23) ) ;F3=abs(f3)plot(sita, F1, ' b' , sita, F2, ' r' , sita, F3, ' k' ) ;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' 方向图与波长的关系' ) ;legend(' lamda=0. 002' , ' lamda=0. 003' , ' lamda=0. 004' ) ;四．结果分析：随着波长lamda的增大，方向图衰减越慢，收敛性越不是很好；3.方向图随 d 变化的源程序clear;sita=-pi/2: 0. 01: pi/2;n=20;lamda=0. 03;d1=0. 01;beta=2*pi*d1*sin(sita) /lamda;z11=(n/2) *beta;z21=(1/2) *beta;f1=sin(z11) . /(n*sin(z21) ) ;F1=abs(f1) ; %·òíúfigure(1) ;plot(sita, F1, ' b' ) ;hold on;d2=0. 0075;beta=2*pi*d2*sin(sita) /lamda;z12=(n/2) *beta;z22=(1/2) *beta;f2=sin(z12) . /(n*sin(z22) ) ;F2=abs(f2) ;plot(sita, F2, ' r' ) ;hold on;d3=0. 006;beta=2*pi*d3*sin(sita) /lamda;z13=(n/2) *beta;z23=(1/2) *beta;f3=sin(z13) . /(n*sin(z23) ) ;F3=abs(f3)plot(sita, F3, ' k' )hold off;grid on;xlabel(' theta/radian' ) ;ylabel(' amplitude' ) ;title(' ·òí?ó?ìì?óáD? ?dμ?1μ' ) ;legend(' d1=0. 01' , ' d=0. 0075' , ' d=0. 006' ) ;结果分析；随着阵元之间间隔的增加，方向图衰减越快，主次瓣的差距越大，次瓣衰减越快，效果越好。

阵列天线方向图函数实验

阵列天线方向图函数实验一、实验目的1. 设计一个均匀线阵，给定d N d ,,,λθ画出方向图)(θF 函数图；2. 改变参数后，画出方向图)(θF 函数图，观察方向图)(θF 的变化并加以分析；3. 分析方向图)(θF 主瓣的衰减情况以及主瓣对第一旁瓣的衰减情况，确定dB3衰减对应的θ；二、实验原理阵列输出的绝对值与来波方向之间的关系称为天线的方向图。

方向图一般有两类：一类是阵列输出的直接相加（不考虑信号及其来向），即静态方向图；另一类是带指向的方向图（考虑信号指向），当然信号的指向是通过控制加权的相位来实现的。

对于某一确定的M 元空间阵列，在忽略噪声的条件下，第k 个阵元的复振幅为),2,1(0M k e g x k j k ==-ωτ（2.1）式中：0g 为来波的复振幅，k τ为第k 个阵元与参考点之间的延迟。

设第k 个阵元的权值为k w ，那么所有阵元加权的输出得到的阵列的输出为),2,1(010M k e g w Y k j Mk k ==-=∑ωτ（2.2）对上式取绝对值并归一化后可得到空间阵列的方向图{}00max )(Y Y F =θ（2.3）如果),2,1(1M k w k ==式（2.3）即为静态方向图)(θF 。

下面考虑均匀线阵方向图。

假设均匀线阵的间距为d ，且以最左边的阵元为参考点（最左边的阵元位于原点），另假设信号入射方位角为θ，其中方位角表示与线阵法线方向的夹角，与参考点的波程差为θθτsin )1(1)sin (11d k cx ck -==（2.4）则阵列的输出为βθλπωτ)1(10sin )1(210100--=--=-=∑∑∑===k j Mk k d k jMk k j Mk k e g w eg w eg w Y k（2.5）式中：λθπβ/sin 2d =，λ为入射信号的波长。

当式（2.5）中),2,1(1M k w k ==时，式（2.5）可以进一步简化为)2/sin()2/sin(2)(00βββM M e Mg Y k M j ==（2.6）可得均匀线阵的静态方向图，即)2/sin()2/sin()(0ββθM M F =（2.7）当式（2.5）中),2,1(,/sin 2,)1(M k d e w d d k j k d ===-λθπββ时，式（2.6）可简化为]2/)sin[(]2/)(sin[2)()1(00d d M j M M e Mg Y d ββββββ--=-=（2.7）于是可得到指向为d θ的阵列方向图，即]2/)sin[(]2/)(sin[)(d d M M F ββββθ--=（2.8）三、实验过程1. 指向0=d θ静态方向图函数的实验1.1均匀线阵阵元个数N 对方向图函数)(θF 的影响sita=-pi/2:0.01:pi/2; lamda=0.03; d=lamda/2; n1=10; sita_d=0beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; beta_d=2*pi*d*sin(sita_d)/lamda;z11=(n1/2)*(beta-beta_d);z21=(1/2)*(beta-beta_d);f1=sin(z11)./(n1*sin(z21));F1=abs(f1);figure(1);plot(sita,F1,'b');hold on;n2=20;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z12=(n2/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n2*sin(z22));F2=abs(f2);plot(sita,F2,'r');hold on;n3=30;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z13=(n3/2)*beta;z23=(1/2)*beta;f3=sin(z13)./(n3*sin(z23));F3=abs(f3);plot(sita,F3,'k')hold off;grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('¾ùÔÈÏßÕóÕóÔª¸öÊý¶Ô·½ÏòÍ¼º¯ÊýµÄÓ°Ïì');legend('n1=10','n2=20','n3=30');分析：随着阵元数的增加，波束宽度变窄，分辨力提高。

低副瓣模组化阵列天线的方向图综合研究开题报告

低副瓣模组化阵列天线的方向图综合研究开题报告一、研究背景及意义随着无线通信技术的不断发展和普及，无线通信系统对天线性能的要求越来越高。

在天线性能方面，方向图是评价天线性能的一个重要指标。

常规的天线设计都是基于单独某一频段或带宽。

但是实际应用中，通信需求却是多频段、宽带、复杂环境下的。

因此，设计一种能够在多频段内提高天线方向图性能的天线解决方案成为了一个重要的研究方向。

在众多天线中，阵列天线是应用最广泛的一种，其采用阵列阻抗调配、相控阵等技术实现指定方向增益最大化，成为工业界和学术界的研究热点之一。

近年来，随着对天线设计的需求不断提高，低副瓣模组化阵列天线设计也逐渐成为研究热点。

低副瓣模组化阵列天线可以有效降低天线副瓣水平，提高天线指向性，减少桥接等无线网络应用中的多路径干扰，提高通信质量。

因此，对低副瓣模组化阵列天线的方向图进行综合研究，对于指导未来天线设计和无线通信应用具有重要的意义。

二、研究目的及内容本文的研究目的是针对低副瓣模组化阵列天线，综合研究其方向图，旨在探究提高天线指向性和降低副瓣水平的关键技术，并评价其性能表现。

本文的具体研究内容包括以下几个方面：1. 低副瓣模组化阵列天线的基本原理及设计。

2. 低副瓣模组化阵列天线的方向图设计与优化方法。

3. 低副瓣模组化阵列天线在多频段下的方向图性能表现评价。

4. 低副瓣模组化阵列天线在多路径干扰条件下的性能分析。

三、研究方法本文将采用以下方法进行研究：1. 理论探究。

通过查阅文献和国内外相关资料，探讨低副瓣模组化阵列天线的基本原理、方向图和设计方法。

2. 数值仿真。

采用天线仿真软件对低副瓣模组化阵列天线进行建模、仿真和优化，得出其方向图性能曲线和优化结果。

3. 实验验证。

基于仿真结果，设计低副瓣模组化阵列天线的样品，进行实验并评估其性能表现。

四、论文结构安排本文拟按以下顺序进行分析和阐述：第一章绪论介绍研究背景、意义、目的、内容、方法以及论文的结构安排等。

阵列的方向图

阵列的方向图阵列输出的绝对值与来波方向图之间的关系称为天线的方向图。

方向图一般有两类：一类是阵列输出的直接相加（不考虑信号及其来向），即静态方向图；另一类是带指向的方向图（考虑信号指向），信号指向是通过控制加权的相位来实现的。

由信号模型可知，对于某一确定的m 元空间阵列，在忽略噪声的条件下，第l 个阵元的振幅为：l j l e g x ωτ-=0 (1)式中0g 为来波的复振幅l τ为第l 个阵元与参考点之间的延迟。

设第l 个阵元的权值为l w ，那么所有阵元加权的输出相加得到阵列输出为：∑=-=ml j l l e g w Y 100ωτ (2)对上式取绝对值并归一化后可得到空间阵列的方向图)(θG ：}max{)(00Y Y G =θ (3)如果式中1=l w ，式（3）即是静态方向图。

1．均匀线列阵假设均匀线阵间距为d ，以左边的阵元为参考点，另假设入射方位角为θ，图1 均匀线列阵其中方位角表示与阵列法线方向的夹角，则有：d l cx c k l )1(1sin 1-==θτ (4)式(3)可以化简为：∑=--=ml l j l e g w Y 1)1(00β (5)式中λθπβ/sin 2=，当1=l w 时又可以进一步化简为：)2/sin()2/sin(2/)(00βββm m e mg Y l m j -= (6)可得均匀线阵静态方向图图：)2/sin()2/sin()(0ββθm m G =(7)当d l j l e w β)1(-=，λθπβdd d sin 2=的式(6)可以简化为：)2/)sin(()2/)(sin(2/)(00d d l m j m m e mg Y βββββ--=- (8)于是可得指向为d θ的阵列指向图：)2/)sin(()2/)(sin()(0d d m m G ββββθ--=(9)MATLAB 仿真图方位角/度G (θ)/d B2700阵元M=8,thetad=0,均匀线阵方向图图2 指向0°时，均匀线列阵的方向图方位角/度G (θ)/d B2700阵元M=8,thetad=30,均匀线阵方向图图3 指向30°时，均匀线列阵的方向图2. 均匀平面阵假设有一个n m ⨯的均匀面阵，其几何关系如图(3)，以阵列左上角的阵元为参考点，x 轴上有n 个间距为d 的阵元，y 轴上有m 个间距为d 的阵元。

天线阵的方向性研究

学士学位毕业设计（论文）天线阵方向性的研究学生姓名：指导教师：所在学院：专业：通信工程中国·2007 年 6 月本科毕业设计（论文）任务书摘要天线是各种无线通信系统中不可缺少的重要组成部分。

在通信过程中，特别是点对点的通信，要求天线具有相当强的方向性，即希望天线能将绝大部分的能量集中向某一预定方向辐射。

单个对称天线是无论如何也不能满足这种要求的，所以采用阵列天线是实现这种要求的重要方法，本文首先介绍元天线，然后从二元阵出发研究天线阵的方向特性，重点分析了直线阵。

关键词：元天线直线阵阵列天线ABSTRACTAntenna is an essential part of the wireless communications system. It requests the antenna to have the quite strong directive in the communication, especially in the point-to-point communications. It hopes that the antenna is able to radios in the direction with mainly energy. Single symmetrical antenna cannot satisfy this kind of request forever. Therefore, the array antenna is an important method to realizes this request. Firstly, this paper introduces yuan antenna. Secondly, it describes the straight line.Keywords:Yuan Antenna The Straight Array Antenna The Array Antennas目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (1)1 绪论 (2)1.1 天线在通信系统中的作用 (2)1.2 天线的分类 (3)2 元天线的辐射 (5)2.1电基本振子的辐射 (5)2.2辐射场的三种情况 (6)2.3本章小结 (10)3 天线特性参量 (11)3.1天线方向图及相关参数 (11)3.2天线效率 (15)3.3增益系数 (16)3.4极化特性 (16)3.5频带宽度 (17)3.6输入阻抗 (17)3.7有效长度 (17)3.8本章小结 (18)4天线阵的方向性 (19)4.1天线阵的作用及方向性增强原理 (19)4.2二元天线阵列 (21)4.3 N元均匀直线阵 (26)4.4 本章小结 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)前言天线是无线通信，广播电视，导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。

基于阵元扩展法的阵列天线方向图研究

基于阵元扩展法的阵列天线方向图研究阵列天线是一种由多个天线元素组成的天线系统，可以在指定方向上实现高增益或扫描，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。

阵元扩展法是一种常见的阵列天线方向图研究方法，可以从天线元素的电场分布出发，建立数学模型，通过数值计算得到阵列天线的辐射特性。

本文将详细介绍阵元扩展法的研究思路和实现方法。

阵元扩展法的研究思路是基于波前的迭代求解过程，通过不断迭代，逐步将阵列天线的辐射特性扩展到更广泛和更精确的范围。

阵元扩展法的主要步骤包括：建立数学模型、确定辐射矩阵和导出天线方向图。

建立数学模型是阵元扩展法的首要任务，其目的是描述阵列天线元素的电场分布、然后把所有的阵列元素相互叠加得到整个阵列的电场。

建立数学模型的过程中需要考虑诸多因素，包括天线元素的形状、尺寸、位置等。

一般可以采用传输线理论、矩量法、有限元法等方法建立数学模型。

确定阵列天线的辐射矩阵是阵元扩展法的中心任务，其目的是分析阵列天线的辐射特性。

阵列天线辐射矩阵（Radiation Matrix）是描述阵列天线元素之间相互耦合关系的矩阵，通过辐射矩阵的计算，可以得到阵列天线的辐射方向图、电场分布等辐射特性。

在确定辐射矩阵的过程中，通常采用基于矩阵运算的方法，如反演法，最小二乘等。

导出阵列天线的方向图是阵元扩展法的最终目的，其目的是得到阵列天线在空间中的辐射特性，以便优化阵列天线设计、指定阵列天线的工作方向等。

阵列天线方向图可以通过数值计算的方式得到。

在实际应用中，阵元扩展法可用于设计各种类型的阵列天线，如均匀线性阵、均匀圆阵、平面阵等，以满足多样化的需求。

其中，均匀线性阵是最基本的阵列天线，既容易设计，又能满足大部分通信和雷达应用需求。

均匀圆阵由于具有良好的方向图对称性，广泛应用于卫星通信和探测雷达等领域。

平面阵由于具有优异的化学平均模拟效应，适用于干扰协调与波束合成等领域应用。

总之，阵元扩展法是一种重要的阵列天线方向图研究方法，其思路简单明了，实现方法清晰易懂，应用范围广泛。

阵列天线方向图的初步研究

通信信号处置实验报告——阵列天线方向图的初步研究 11级通信（研）刘晓娟 1一、实验原理：1、智能天线的大体概念：智能天线是一种阵列天线，它通过调剂各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，即自适应或以预制方式操纵波束幅度、指向和零点位置，使波束老是指向期望方向，而零点指向干扰方向，实现波束随着用户走，从而提高天线的增益，节省发射功率。

智能天线系统要紧由①天线阵列部份；②模/数或数/模转换部份；③波束形成网络部份组成。

本次实验着重讨论天线阵列部份。

2、智能天线的工作原理：智能天线的大体思想是：天线以多个高增益的动态窄波束别离跟踪多个期望信号，来自窄波束之外的信号被抑制。

3、方向图的概念：以入射角为横坐标，对应的智能天线输出增益为纵坐标所作的图称为方向图，智能天线的方向图有主瓣、副瓣等，相较其他天线的方向图，智能天线通常有较窄的主瓣，较灵活的主、副瓣大小、位置关系，和较大的天线增益。

与固定天线相较最大的区别是：不同的全职通常对应不同的方向图，咱们能够通过改变权值来选择适合的方向图，即天线模式。

方向图一样分为两类：一类是静态方向图，即不考虑信号的方向，由阵列的输出直接相加取得；另一类是带指向的方向，这种方向图需要考虑信号的指向，通过操纵加权相位来实现。

二、实验目的：一、设计一个均匀线阵，给出λ（波长），N （天线个数），d （阵元间距），画出方向图曲线，计算3dB 带宽。

二、通过操纵变量法讨论λ，N ，d 对方向图曲线的阻碍。

3、分析旁瓣相对主瓣衰减的程度(即幅度比)。

三、实验内容：一、公式推导与整理：权矢量12(,,......)T N ωωωω=，本实验旨在讨论静态方向图，因此此处选择ω=(1,1,......1)T 。

信号源矢量(1)()[1,,...]j j N T a e e ββθ---=，2sin dπβθλ=，幅度方向图函数()()H F a θωθ==(1)1sin2sin 2Nj n n N e βββ--==∑=sin(sin /)sin(sin /)n d n d πθλπθλ。

理解相控阵天线的方向图

理解相控阵天线的方向图考虑一维阵列天线，由一排间隔很近的发射单元组成，每个阵元在所有方向上发射一个振幅、相位和频率相同的波。

为了测量这些波在不同方位角下的总强度，我们把一个场强探测器放在足够远的地方，使得从探测器到所有发射单元的视线几乎平行。

从阵列垂直平分线上的一个点开始，我们将场强探测器沿固定半径的弧线从阵列中心移动。

在任何一点上，场强取决于接收波的相对相位，而相对相位又取决于发射单元之间的距离差。

如果我们从阵列的一端画一条垂直于视线到探测器的直线(AB)，那么这些差异就能很好地显示出来。

这条线与阵列的夹角等于探测器的方位角θ。

现在，如果θ为零，并且探测器远离阵列，则探测器到所有发射器的距离基本上是相同的。

这些波是同相位的，它们的场强叠加成一个很大的值。

但是，如果θ大于零，那么探测器到发射单元的距离就会逐渐增大。

因此，接收波的相位都略有不同，场强之和没有θ为零时那么大。

随着方位角的增大，距离差增大。

最终达到了一个点，如探测器至第一发射器(第1号)的距离与至中心发射器(第7号)距离之差为半波长。

那么，1号接收波与7号接收波相互抵消。

从2号和8号收到的波也是如此。

以此类推，从所有发射器接收到的波强度之和为零。

探测器已经到达了天线辐射强度总和为零的方位角。

如果θ进一步增加，阵列末端发射器的波将不再完全抵消，并且之和会增加。

当探测器到阵列首末两端的距离之差为1.5个波长时，会达到另一个峰值。

3到10发射单元发出的波依然对消，但两头发射器发出的波，1和2以及11和12，相加能够产生一个可观的结果。

探测器的位置位于阵列第一旁瓣的中心。

如果θ进一步增加，发生对消的部分就会增加，并且重复上述过程。

场强与方位角的关系如图所示，可由下列方程表示。

其中E是场强，x与θ成正比。

这被称为sinx/x或sinc函数。

实际上，x=π(L/λ)sinθ。

其中是波长。

所以只有当θ值比较小时，x与θ成正比。

随着θ的增加，逐渐小于θ，导致高阶旁瓣的幅度逐渐减小。

阵列方向图综合方法研究的开题报告

阵列方向图综合方法研究的开题报告一、研究背景及意义现代通信技术迅速发展，对于射频信号的传输和接收需求逐渐增加。

阵列天线作为一种现代通信的重要技术之一，已经广泛应用于无线通信、雷达探测、航空航天等领域。

阵列天线的方向图是其在信号传输及接收过程中的关键性能指标之一，因此研究阵列方向图综合方法对于提高阵列天线的通信性能有着重要的意义。

二、研究内容及目标本文将研究阵列方向图综合方法，主要包括以下内容：1. 阵列天线的基本原理和方向图特性：研究阵列天线的工作原理和方向图特性，为后续阵列方向图综合方法的研究提供理论基础。

2. 阵列方向图综合方法的分类和研究现状：对阵列方向图综合方法进行分类和综述其研究现状，为本文研究提供基础。

3. 针对不同应用场景的阵列方向图综合方法研究：针对不同应用场景，如雷达探测、无线通信等，结合具体需求，研究不同的阵列方向图综合方法设计，并探究其性能优势和适用范围。

本文的目标是探究阵列方向图综合方法的设计和性能优化，为阵列天线的通信性能提升提供有效的理论和方法支持。

三、研究方法和技术路线本文主要研究方法包括理论推演和仿真模拟。

从阵列天线的工作原理和方向图特性入手，通过理论推导和仿真模拟，探索阵列方向图综合方法的设计和优化，为阵列天线的通信性能提升提供理论和技术支持。

技术路线如下：文献调研、阵列天线基本原理研究、阵列方向图综合方法分类和综述、针对不同应用场景的阵列方向图综合方法研究、仿真模拟实现等。

四、预期结果和意义本文旨在研究阵列方向图综合方法，预期结果和意义如下：1. 对阵列天线的工作原理和方向图特性进行深入研究和探索，为阵列方向图综合方法的研究提供理论基础。

2. 对阵列方向图综合方法进行分类和综述，为不同应用场景下的阵列方向图综合方法的研究提供概念和方法支持。

3. 针对不同应用场景，研究阵列方向图综合方法的设计和优化，并进行仿真模拟实现，探究其性能特点和适用范围。

4. 提高阵列天线的通信性能，促进现代通信技术的发展。