阵列天线
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。
第十六讲 阵列天线
阵列的方向函数：
Z
Y
X
f ( )
f ( ) 1
f阵列
yoz面： 90，f ( ) 1
N sin (cos 1) cos / 2 cos 2 f阵列 =f ( ) f ( ) sin sin (cos 1) 2
Z
水平方向的阵列因子：
3 sin ( kd cos ) 2 f x ( )
I
1 sin ( kd cos ) 2
Ie
d
j
Ie
j2
h X
I
竖直方向的阵列因子：
2 sin (0 k2h cos ) 2 f z ( )
j f ( ) 1 e（ kd cos） 2 cos kd cos ） 2 （ /
Case2等幅反相 1、 d
/2
f ( ) 2 cos kd cos ） 2 （ / 2 sin （
2、
2 d cos ） 2 sin （ cos ） 2 2
高频地波雷达线阵
机载平面阵
立体阵列
舰载平面阵
方向图乘积定理
如图所示两个电基本振子沿z轴 排列，其上电流为：
I1 I 2 mI1e j
M
r1
E 2 E 2
d
r2
Z
I1l e jkr1 ˆ E1 j sin r1 2 E1 E1m F( ) I1l e jkr1 ˆ E j 1m 2 r1 F( ) sin
阵列天线原理
阵列天线原理阵列天线是一种由多个单元天线组成的天线系统，它能够通过控制每个单元天线的相位和振幅来实现对无线信号的波束形成和指向性辐射。
在通信系统和雷达系统中，阵列天线被广泛应用，它具有较高的增益、抗干扰能力和灵活的波束调控特性。
本文将介绍阵列天线的原理及其在通信系统中的应用。
首先，阵列天线的原理是基于波束形成理论。
当多个单元天线按照一定的几何排列形成阵列时，它们之间会存在相位差，通过控制这些相位差，可以使得阵列在特定方向形成主瓣，从而实现对信号的聚焦和指向性辐射。
这种波束形成的原理使得阵列天线能够在特定方向上获得较高的增益，从而提高了通信系统的传输距离和抗干扰能力。
其次，阵列天线在通信系统中的应用主要体现在两个方面。
一是在基站天线系统中，通过使用阵列天线可以实现对移动用户的跟踪和定位，提高信号覆盖范围和传输速率。
二是在通信终端设备中，如智能手机和无线路由器，通过使用阵列天线可以实现对基站信号的接收和发送的波束赋形，提高了信号的接收灵敏度和传输速率。
除此之外，阵列天线还具有灵活的波束调控特性。
通过改变单元天线的相位和振幅，可以实现对波束的指向和宽度的调节，从而适应不同的通信环境和应用场景。
这种灵活的波束调控特性使得阵列天线能够更好地适用于复杂多变的通信环境，提高了通信系统的稳定性和可靠性。
综上所述，阵列天线是一种基于波束形成原理的天线系统，它具有较高的增益、抗干扰能力和灵活的波束调控特性。
在通信系统中，阵列天线被广泛应用于基站天线系统和通信终端设备中，能够提高信号的传输距离和速率，提高系统的稳定性和可靠性。
随着通信技术的不断发展，阵列天线将会发挥越来越重要的作用，成为未来通信系统的重要组成部分。
阵列天线
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式阵列 • 泰勒分布阵列
47
泰勒线阵—线源激励计算
线源激励幅度的分布为
i1
Ii (p)12 Sn(m)com s()p m1
1
m0
Sn(m)＝(i1[m (i )1!(i)!]21m)!ii1112A2m (2i12)2 0mi
激励相位为n1i ikdcos0
可得 S
Iejikdcoscos0 i
i0
n1
对于等幅阵列 S ejikdcoscos0
i0
利用等比级数求和公式，简化并取绝对值得
S sinn2 kdcos cos0 sin12 kdcos cos0
N元等幅均匀线阵
N元等幅均匀线阵
β=−90, d=λ/4, N=2
实例
d=λ/4, β=0 归一化场方向图：
零点：
实例
天线阵基本理论
• 二元阵列 • N元等幅均匀阵列 • N元非等幅均匀阵列
12
N元等幅均匀阵列
均匀阵列：
➢ 1）阵列单元完全相同 ➢ 2）采用相同幅值激励和步进相位激励
N元等幅均匀线阵
n个辐射源均匀分布在z轴上，单元的位置坐标
为 zi id，i=0,1,2,…,n-1
• 波束形成时，无需旋转天线阵列，因此不存在机 械问题和惯性问题
• 在某固定频率或确定的频带宽度上实现波束控制 的非频变性
相控阵
➢ 将三根电缆接至公共馈端，形成边射三元阵
➢ 为了阻抗匹配，与接收机(或发射机)联接的电 缆阻抗应是联接阵元电缆的1/3，或接入3：1的 阻抗变换器
相控阵
➢在每个天线单元的馈端 以及电缆的公共馈端处各 接入一个开关
阵列天线
1
二
[r12 r1[1
2r1d sin d
2 sin
cos cos
d (
2 ]2 d )2
1
]2
dr1sin cos r1
r1(1
)
r1
以二元阵为例
r1 dsin cos
z
M
如图: 天线阵间距
d
;
r1
沿x轴排列;
2
半波振子:
r2
h 2 h 2h
2
1
d
2
x
天线元2电流相位超
4
2
H面方向图(xoy平面)为:
例三:(2) E面方向图(zoy平面)为:
三、均匀直线阵
❖ 定义:均匀直线阵是等间距、 各阵元电流的幅度、相位依 次等量递减（相位差为 ）
的直 线阵.
❖ N元均匀直线阵的辐射场：
❖ 推导：
E
Em r
N1
F(, ) e jkr e ji( kdsin cos)
例一(1)： （等幅同相）
半波阵子,沿x轴,间距d 等幅同相 0
2
例一(2)： （等幅同相）
➢ 由上图可知，
0, FH () 0
2
,
FH
()
1
所以，最大辐射方向在垂直于阵子轴方向的 N元均匀直线阵----边射阵。
例二（1）: （等幅反向 ）
例二（2）：
➢ 由上图可知，
0, FH() 1
i0
Em e jkr F(, ) 1 e j e j2 L e j( N1) r
其中，( kdsin cos )
令 2，得到H平面方向函数（归一化阵因子表达式）：
例：五元均匀直线阵：
阵子天线原理
阵子天线原理
阵子天线（也称为阵列天线）的原理是基于电磁波的干涉和叠加效应。
阵列天线由多个天线单元组成，每个天线单元都可以独立地调整其馈电电流的振幅和相位。
这些天线单元辐射的电磁场在空间中相互干涉和叠加，形成整个阵列天线的辐射电磁场。
由于每个天线单元的位置、馈电电流的振幅和相位都可以独立调整，因此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。
例如，通过调整天线单元的相位和振幅，可以改变阵列天线的辐射方向图，使其在主瓣方向上具有更强的辐射功率，同时在旁瓣方向上具有较小的辐射功率，从而实现波束赋形和方向性控制。
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。
每个天线的辐射方向图乘以阵因子，就可以合成出来整个阵列的方向图。
这种合成方法可以利用方向图相乘原理，将复杂的多元天线阵
分解为几个相同的子阵，然后利用简单的方向图相乘得到整个天线阵的总方向图。
此外，阵列天线还可以通过调整各天线单元的相位来实现波束扫描功能，即在不同的空间角度上扫描电磁波。
这种功能在雷达、通信等领域中得到了广泛应用。
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
阵列天线原理
阵列天线原理阵列天线是一种由多个天线元件组成的天线系统，它可以通过合理的排列和控制，实现对无线信号的接收和发射。
在现代通信系统中，阵列天线被广泛应用于雷达、通信、无线电定位等领域，其原理和特性对于提高通信系统的性能具有重要意义。
首先，阵列天线的原理是基于多个天线元件的协同工作。
这些天线元件可以是同一种天线，也可以是不同种类的天线，它们通过一定的排列方式组成一个整体，从而形成一个具有特定方向性和增益的天线系统。
通过合理的控制相位和幅度，阵列天线可以实现波束的形成，从而在特定方向上实现信号的聚焦和增强。
其次，阵列天线的原理还涉及到波束的控制和调整。
波束是指天线辐射或接收无线信号的方向性特性，通过控制每个天线元件的相位和幅度，可以实现波束的形成和调整。
这样一来，阵列天线可以根据实际需求，灵活地调整波束的方向和宽度，以适应不同的通信环境和需求。
另外，阵列天线的原理还包括相控阵技术的应用。
相控阵技术是指通过控制每个天线元件的相位，实现波束的形成和调整。
相控阵技术可以实现对信号的精确控制和定位，从而提高通信系统的灵活性和可靠性。
在雷达和通信系统中，相控阵技术可以实现对目标的快速跟踪和定位，对于提高系统的性能具有重要意义。
最后，阵列天线的原理还涉及到天线元件之间的耦合和互相影响。
在阵列天线中，天线元件之间的相互作用会对整个系统的性能产生影响，因此需要进行合理的设计和优化。
通过对天线元件之间的耦合和互相影响进行分析和研究，可以进一步提高阵列天线的性能和稳定性。
总之，阵列天线是一种通过多个天线元件协同工作实现信号接收和发射的天线系统，其原理涉及到波束的形成和控制、相控阵技术的应用以及天线元件之间的耦合和影响。
通过对阵列天线的原理进行深入的研究和理解，可以进一步提高通信系统的性能和可靠性，推动通信技术的发展和进步。
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。
阵列天线原理
阵列天线原理阵列天线是一种由多个天线单元组成的天线系统，它可以通过合理的排列和控制，实现对无线信号的接收和发射，从而提高通信系统的性能和覆盖范围。
在现代通信系统中，阵列天线已经得到广泛的应用，比如在移动通信、雷达系统、卫星通信等领域都有着重要的地位。
本文将从阵列天线的原理入手，介绍其工作原理、结构特点和应用前景。
首先，阵列天线的工作原理是基于波束赋形技术的。
波束赋形是指通过控制每个天线单元的相位和幅度，使得天线辐射的信号能够形成特定方向和波束宽度的技术。
通过合理的阵列设计和信号处理算法，可以实现对特定方向信号的增强和干扰信号的抑制，从而提高通信系统的性能和可靠性。
其次，阵列天线的结构特点主要包括天线单元、馈电网络和信号处理单元。
天线单元是阵列天线的基本组成部分，它可以是同构天线单元或异构天线单元，根据具体的应用场景和需求进行选择。
馈电网络用于将发射或接收的信号分配给每个天线单元，并进行相位和幅度的控制。
信号处理单元则负责对接收到的信号进行处理和解调，以提取出有用的信息。
最后，阵列天线在通信系统中有着广阔的应用前景。
在移动通信系统中，通过波束赋形技术，可以实现对移动用户的定向覆盖，提高信号的传输速率和覆盖范围。
在雷达系统中，阵列天线可以实现对目标的精准探测和跟踪，提高雷达系统的探测性能和抗干扰能力。
在卫星通信系统中，阵列天线可以实现对地面用户的定向通信，提高通信系统的频谱利用率和通信质量。
综上所述，阵列天线作为一种重要的天线系统，具有波束赋形、结构特点和广泛的应用前景。
随着通信技术的不断发展和应用需求的不断增加，阵列天线将会在未来的通信系统中发挥着越来越重要的作用，为人们的生活和工作带来更加便利和高效的通信体验。
雷达阵列天线介绍
雷达阵列天线介绍
首先，雷达阵列天线有更高的增益。
由于雷达阵列天线由多个天线单元组成，每个天线单元都可以发射和接收无线信号，因此可以将单个天线单元的辐射功率叠加到一起，从而提高了信号的发射功率和接收灵敏度，进而提高了雷达系统的探测距离和分辨率。
其次，雷达阵列天线具有更好的方向性。
通过控制每个天线单元的相位和幅度，雷达阵列天线可以实现波束的形成，将发射功率集中在目标方向，从而提高探测目标的定向性和抗干扰能力。
相比之下，传统的单个天线在发射和接收信号时无法实现方向性的控制，无法有效抑制杂波和干扰信号。
第三，雷达阵列天线具有更大的工作频带。
由于每个天线单元之间可以进行相位和幅度调整，雷达阵列天线可以实现对不同频率信号的发射和接收，从而实现较大的工作频带。
这对于雷达系统来说非常重要，因为不同的应用场景通常有不同的工作频率要求。
此外，雷达阵列天线还具有更好的灵活性。
传统的单个天线只能在一个固定的方向上发射和接收信号，而雷达阵列天线可以通过控制每个天线单元的相位和幅度，实现对方向和角度的调整，从而灵活适应不同的工作场景和目标。
综上所述，雷达阵列天线具有高增益、高方向性、大工作频带和灵活性等优点，因此在雷达系统中得到广泛应用。
从军事领域的目标探测和跟踪，到民用领域的交通监测和天气预警，雷达阵列天线都发挥着重要的作用。
随着无线通信技术和雷达技术的不断发展，雷达阵列天线的性能也会不断提升，为各个领域的应用提供更多可能性。
阵列天线原理
阵列天线原理天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的性能直接影响着通信质量和系统的可靠性。
在实际应用中，为了满足不同的通信需求，人们提出了各种各样的天线结构，其中阵列天线因其具有指向性强、增益高、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于通信系统中。
阵列天线是由若干个天线单元按照一定的几何排列形成的天线系统，它的工作原理是通过控制每个天线单元的相位和幅度，使得天线系统的辐射方向和辐射特性得以控制和调节。
在阵列天线中，天线单元之间的距离和排列方式决定了阵列天线的辐射特性，而每个天线单元的相位和幅度控制则决定了阵列天线的指向性和增益。
阵列天线的原理可以简单地理解为多个天线单元联合工作，通过相位和幅度的控制，形成一个合成的辐射波束，从而实现对信号的指向性接收和发射。
相比于单一天线，阵列天线能够更加灵活地控制辐射方向，提高信号的接收和发射效率，因此在通信系统中具有重要的应用价值。
在实际应用中，阵列天线的设计与优化是一个复杂而又关键的问题。
首先，需要根据通信系统的需求确定阵列天线的工作频段和辐射特性；其次，需要选择合适的天线单元，并确定它们之间的排列方式和距离；最后，需要设计相应的相位和幅度控制电路，实现对阵列天线的精确控制。
在这个过程中，需要考虑到天线单元之间的互相干扰、阵列天线的辐射效率、成本和制造难度等因素，因此阵列天线的设计和优化是一个综合考虑多方面因素的复杂问题。
除了在通信系统中的应用，阵列天线还被广泛应用于雷达、无线电导航、遥感等领域。
在这些领域中，阵列天线通过对信号的精确控制，能够实现对目标的高分辨率成像、精确定位和跟踪等功能，因此也受到了广泛的关注和研究。
总的来说，阵列天线作为一种重要的天线结构，在通信和雷达等领域具有重要的应用价值。
通过对阵列天线原理的深入理解和优化设计，能够更好地满足不同通信系统的需求，提高系统的性能和可靠性，因此对阵列天线的研究和应用具有重要的意义。
阵列天线扫描相位差公式
阵列天线扫描相位差公式
阵列天线是一种由多个天线组成的系统，可以通过调整各个天
线之间的相位差来实现波束的扫描。
波束的扫描是指天线系统能够
改变辐射方向，以便与移动目标进行通信或者跟踪。
在阵列天线中，相位差的调整是通过改变每个天线的驱动信号的相位来实现的。
假设我们有一个包含N个天线的阵列，每个天线的驱动信号的
相位差可以表示为Δφ，那么第i个天线的驱动信号相对于第一个
天线的相位差可以表示为(i-1)Δφ。
这样，对于整个阵列来说，每
个天线的相位差可以表示为：
φi = (i-1)Δφ, i = 1, 2, ..., N.
其中φi表示第i个天线的驱动信号的相位，Δφ表示相邻天
线之间的相位差。
阵列天线的波束指向与相位差之间存在着一定的关系。
波束的
指向可以用波束指向角θ0来表示，而波束指向角与相位差之间的
关系可以由以下公式给出：
sin(θ0) = λ / d (i-1)Δφ。
其中λ表示天线工作的波长，d表示天线间距。
这个公式表明了波束指向角与相位差之间的关系，通过调整相位差，可以实现对波束指向角的控制。
总的来说，阵列天线的扫描相位差公式可以通过每个天线的驱动信号相位差的调整来实现波束的扫描，而波束的指向角与相位差之间存在着一定的关系，可以通过相应的公式来描述。
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。
阵列天线原理
阵列天线原理
阵列天线原理是一种通过将多个天线配置在一起以获得更强的信号接收和发送能力的技术。
它利用天线之间的相位差来形成波束，从而增加了信号的聚焦度和方向性。
在一个阵列天线系统中，每个天线都被称为元素。
这些元素之间通常相互平行排列，并且具有相同的天线模式和辐射特性。
当天线元素被正确安装和布置时，它们可以协同工作，形成一个波束，将能量集中在特定的方向上。
这使得阵列天线能够提供更强的信号增益和抗干扰能力。
阵列天线的工作原理基于干涉原理。
当来自同一方向的信号到达阵列时，这些信号会在各个元素之间发生干涉。
如果信号是相位一致的（即相位差为0），则它们将在所有元素上都呈现
出相干叠加的效果，从而形成一个强大的波束。
相反，如果信号的相位差不等于0，则它们在干涉时会发生抵消，从而减弱
或抵消特定方向上的信号。
为了控制阵列天线的方向性和波束形状，每个元素之间的相位差需要通过调节元素之间的信号延迟来实现。
通过改变相位差，可以改变波束的指向性和宽度。
通常，阵列天线系统会使用一个叫做波束形成器的装置来进行相位调节。
波束形成器通过计算和调整每个元素的信号延迟来实现所需的波束形状。
阵列天线的应用非常广泛。
它们被广泛用于通信系统、雷达、无线电导航、天线阵和天线阵列。
通过利用阵列天线的优势，可以实现更好的信号质量、更远的通信距离和更强的干扰抵抗
能力。
因此，阵列天线技术在现代无线通信和雷达系统中扮演着重要的角色。
天线阵列知识点总结
天线阵列知识点总结一、天线阵列的基本原理1.波束形成天线阵列通过在空间中布置多个天线单元，并将其互相耦合，可以实现一个指向性辐射模式，即在特定方向上形成波束。
这是因为天线阵列中各个天线单元的辐射波在远场区域内会出现相位差，通过合理控制各个天线单元的相位和幅度，就可以使得这些辐射波在特定方向上相干叠加，形成一个主瓣方向清晰、辐射功率最大的波束。
2.波束指向控制天线阵列可以实现波束指向的控制，即通过改变各个天线单元的相位和幅度来实现波束的指向调整。
这可以通过电子扫描或机械扫描的方式来实现。
在电子扫描中，通过无线电频率信号的控制来调整各个天线单元的相位和幅度，从而实现波束在空间中的指向控制。
3.辐射阻抗匹配天线阵列中各个天线单元之间的相互耦合和匹配是天线阵列设计的关键之一。
在设计天线阵列时，需要保证各个天线单元之间的相互匹配，防止互相干扰，同时也需要保证各个天线单元的辐射阻抗匹配，以确保整个阵列的辐射特性和谐波特性。
二、天线阵列的设计方法1.线阵天线设计线阵天线是天线阵列中最基本的一种形式，由一维排列的天线单元组成。
线阵天线的设计方法通常包括天线单元设计、阵列结构设计和波束形成调整。
在天线单元设计中，需要考虑天线的频率响应、辐射特性、极化特性等因素。
在阵列结构设计中，需要考虑天线单元的间距、相位控制网络、幅度控制网络等因素。
在波束形成调整中，需要通过仿真和实验来优化各个天线单元的相位和幅度配置，以实现所需的波束形成。
2.面阵天线设计面阵天线是由二维排列的天线单元组成，可以实现更加复杂的辐射模式和波束形成。
面阵天线的设计方法相对于线阵天线更加复杂，需要考虑到天线单元的排布方式、耦合效应、相位和幅度控制的更加灵活等因素。
在面阵天线设计中，通常需要借助于电磁场仿真软件进行模拟分析，来优化天线单元间的互相耦合效应，以实现所需的辐射特性和波束形成控制。
3.其他类型天线阵列设计除了线阵天线和面阵天线，还有一些其他类型的天线阵列设计方法，如环形天线阵列、螺旋天线阵列、二面角天线阵列等。
阵列天线辐射偏移原因
阵列天线辐射偏移原因一、引言阵列天线是一种由多个天线元件组成的系统，能够通过合理的控制和调整天线元件之间的幅度和相位，实现波束的形成和指向性的增强。
然而，在实际应用中，我们常常会遇到阵列天线辐射偏移的问题，即天线辐射方向和理论设计方向存在一定的偏差。
本文从物理原理、设计因素和环境干扰等角度，对阵列天线辐射偏移的原因进行探讨，并介绍了一些常见的解决办法。
二、物理原理阵列天线的辐射方向主要依赖于天线元件之间的相位差。
理论上，如果所有天线元件的相位完全一致，辐射方向将完全对准设计方向。
然而，在实际制造和使用中，存在一些物理原因导致阵列天线的辐射方向发生偏移。
1. 天线元件间的相位差由于制造工艺和元器件的特性，同一阵列天线中的不同天线元件之间会存在微小的差异，导致相位差产生。
这些微小的相位差可以通过校准和调整来减小，但无法完全消除。
2. 阵列天线的体积和分布阵列天线的体积和分布方式也会对辐射方向产生影响。
在设计中，天线元件的分布应满足一定的规则和要求，以达到期望的指向性。
然而，在制造和安装过程中，存在一些不可避免的误差和偏离，导致阵列天线的实际辐射方向与设计有一定的偏差。
3. 天线工作频率和波长天线工作频率与波长之间存在一定的关系，如果工作频率与设计频率相差较大，将导致天线元件的尺寸与设计要求不符。
这将引起阵列天线的辐射特性发生变化，产生辐射偏移。
三、设计因素除了物理原理外，阵列天线的设计也是导致辐射偏移的重要因素。
以下是一些常见的设计因素。
1. 阵列天线的阵元数目和尺寸阵列天线中的阵元数目和尺寸对辐射方向有直接影响。
如果阵元数目过少或阵元尺寸过大，将导致阵列天线的波束展宽，进而影响辐射方向的精确性。
2. 阵列天线的阵列结构阵列天线的阵列结构包括线性阵列、均匀圆阵和非均匀圆阵等不同类型。
不同结构的阵列天线对辐射方向的控制能力有所差异，选择合适的阵列结构是防止辐射偏移的重要一环。
3. 天线元件的特性和选择天线元件的特性和选择直接决定了阵列天线的性能和性能稳定性。
无线电通信中的多天线阵列技术
无线电通信中的多天线阵列技术无线电通信一直是我们生活中必不可少的一部分，具有广泛的应用范围，从移动电话到电视广播、无线电导航、雷达等等，涉及到人们生活各个方面。
而对于无线电通信中的多天线阵列技术，我们也许所熟知的不多，但它在传输信号的时候，却有着非常重要的作用。
一、阵列天线的基本概念阵列天线（Array Antenna）指多个天线按一定方式排列组成的天线系统，它的特点是其方向图可以通过一定的取向控制和调整，从而实现更精确更准确的通信和数据传输。
阵列天线技术是近年来无线通信领域中非常重要的技术之一，在不同的领域中有不同的应用，如：卫星通信、雷达、航空航天、移动通信、WiFi技术、物联网技术等等。
固定天线和阵列天线的主要区别在于，固定天线可以产生一个以上的波束，而对于阵列天线则可以产生不同的波束，这意味着我们可以在不改变天线方向的情况下，调整天线的位置，以产生特定的波束。
另外，阵列天线通过使用多个天线的信号叠加技术，可以提高天线工作的灵敏度，从而获得更强的信号和数据。
同时，在传输距离和传输代价方面，阵列天线通常比固定天线更具有优势。
二、多天线阵列技术的基本原理在阵列天线技术中，我们将天线分为两个主要部分，一个是接收部分，另一个是发射部分。
多天线阵列技术通常是由多个接收天线和发射天线组成，它们通过电子控制器进行配合，以实现更加精准的通信和数据传输。
在多天线阵列技术中，我们可以通过横向和纵向两个方向上的控制来调整天线的方向。
横向方向的控制通常称为方向控制，可以控制天线的波束方向，从而有助于适应不同的需求。
而纵向方向的控制通常被称为极化控制，它可以控制天线在传播过程中的电磁波的方向，从而实现不同方向的传输。
多天线阵列技术的核心在于波束形成，这是通过控制各个天线之间的相位和振幅来实现的。
通常，波束形成可以分为自适应波束形成和固定波束形成两种。
自适应波束形成是指通过改变天线之间的相位和振幅，实现更加灵活和自适应的波束形成；固定波束形成则是将天线的相位和振幅设定为一定的固定值，从而产生相应的波束。
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切比雪夫多项式阵列
阵列单元个数无论奇偶， 都可以写成 cosine 函数相 加的形式，这和推导出的 切比雪夫多项式具有很大 的相似性，那么未知的阵 列单元激励幅值就可以通 过已知的切比雪夫多项式 系数来近似确定。
切比雪夫多项式阵列
单元个数为2M或者2M+1，单元间距为d，第一旁瓣的旁 瓣电平为R0，切比雪夫阵列的设计流程：
阵因子
2M
2M+1
阵因子
幅值分布关于原点对称，则偶数单元阵列的阵因子
奇数单元阵列的阵因子
AF 2 M an cos2n 1u
n 1
M
d AF 2 M 1 an cos2n 1u ， 其中u cos n 1
M 1
N元非等幅均匀阵列
线阵实例 2: 常规端射阵
方向性系数：
线阵实例 2: 常规端射阵
线阵实例 3: 汉森-伍德亚德端射阵
为了提高常规端射阵的方向性系数，且不影 响阵列的其他特性，汉森和伍德亚德提出了附加 条件来提高方向性系数：
对于大型阵列， N足够大
具有比常规端射阵更高的方向性系数
线阵实例 3: 汉森-伍德亚德端射阵
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相控阵
• 相控阵是指由大量配相单元组成的阵列 • 每个单元的相位 ( 和幅度 ) 可变，借以控制波束方 向，以及包括旁瓣的波瓣图形状 • 相控阵能瞬时形成波束，通过适当的馈电网络可 以同时形成多个波束
相控阵
• 波束形成时，无需旋转天线阵列，因此不存 在机械问题和惯性问题
• 在某固定频率或确定的频带宽度上实现波束 控制的非频变性
5
二元阵列
忽略单元间互耦，远场电场值计算如下：
二元阵列
二元阵列
观察点处总电场值等于单个天线在该点处的电 场值乘以一个因子，称之为阵因子。
阵因子是阵列排布形状和激励相位的函数，通 过改变单元间距 d、或者单元之间相位差 β ，可以 改变阵因子，从而改变阵列的远场方向图。
阵因子
两个相同单元组成的二元阵列的远场值等于单 个单元的远场值乘以阵因子。
相控阵
端馈相控阵也需要逐个单元配有移相器和衰减 器，由于在单元之间引入了递进的相位移，随着 频率的变化，在额定的相位移之外，还需要附加 相反的相位变化作为补偿
相控阵
四单元端馈相控阵，每个单元由传输线通过定向 耦合器馈电 借助物理上沿线滑动的定向耦合器实现相位移， 单元的幅度则由耦合度加以控制
不同阶次的m对应的二项式前的系数可以写 成如下的帕斯卡尔三角：
二项式分布阵列
二项式分布阵列较为 简单，只要确定了单元 个数，就可以直接读取 获得单元的激励幅值
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列
• 多尔夫-切比雪夫多项式阵列
• 泰勒分布阵列
44
切比雪夫多项式阵列
切比雪夫多项式阵列类似于均匀阵列和二项式 阵列的折中。 无论偶数单元阵列还是奇数单元阵列，阵因子 实质上就是M个或M+1个cos函数项的相加，将不 同的cosine函数展开可以得到：
i 0
对于等幅阵列 i 0 利用等比级数求和公式，简化并取绝对值得
n sin kd cos cos 0 2 S 1 sin kd cos cos 0 2
S e jikdcos cos 0
n 1
N元等幅均匀线阵
实例
d=λ /4, β=0 归一化场方向图：
零点：
实例
天线阵基本理论
• 二元阵列 • N元等幅均匀阵列
• N元非等幅均匀阵列
13
N元等幅均匀阵列
均匀阵列：
1）阵列单元完全相同 2）采用相同幅值激励和步进相位激励
N元等幅均匀线阵
n 个辐射源均匀分布在 z 轴上，单元的位置坐标 为 zi id，i=0,1,2,…,n-1 激励相位为 i ikd cos 0 n 1 可得 S I i e jikdcos cos 0
自适应阵和智能阵
1 2 0
单元1 下行信号的相位 单元2 下行信号的相位 参考振荡器的相位
自适应阵和智能阵
当信号来自0°和30°时 •对于0°信号，零点沿90°和270°方向 •对于30°信号，零点沿210°和330°方向
天线阵的应用
• 相控阵天线 • 自适应天线阵
63
自适应阵和智能阵
• 由天线单元及其互相连接的传输线在预定方向 上产生一个或多个波束，在接收状态下阵列指向 给定方向，而不管该方向上是否有信号到达。 • 对各个阵元接收的信号加以处理，就能使阵列 变得积极，并对环境做出聪明的反应，控制波束 指向期望信号，而同时使零点指向干扰信号，从 而使信噪比最大化，这类天线阵称为自适应阵。
线阵实例 1: 侧射阵
对于大型阵列 Nkd/2趋于无穷大
栅瓣
对于n元均匀直线阵，如果阵元的间距dλ 超过1， 将会出现幅度与主（中心）瓣相等的旁瓣，称为栅 瓣，它们与主瓣相隔
m G arcsin d 其中m 1,2,3...
当dλ >> 1 时，可近似简化为
m G d
线阵实例 2: 常规端射阵
线阵实例 1: 侧射阵
侧射阵的条件：阵列单元间的相位差为0°，即所 有单元采用相同的激励相位
线阵实例 1: 侧射阵
单元间距 d 会严重 影响栅瓣的形成 为了保证不出阵实例 1: 侧射阵
方向性系数
Umax=1, 平均辐射强度 U0
i 1 A 2 (i ) 2 2
A
1
cosh ( R0 )
1
1 i 2A 2
2
泰勒线阵—比较（等幅）
泰勒线阵—比较（泰勒分布）
目录
• 简介 • 天线阵基本理论
• 天线阵的应用
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天线阵的应用
• 相控阵天线 • 自适应天线阵
54
天线阵的应用
• 相控阵天线 • 自适应天线阵
a. 根据阵列的单元个数选择阵因子。 b. 展开阵因子，使用展开形式代替原来的cos(mu) 函 数(m = 0, 1, 2, 3, . .) 。 c. 通过给定的旁瓣电平R0 以及Tm(z0) = R0表达式来 确定Z0，同时选取的切比雪夫多项式的阶次比阵列单 元个数少1。设计过程要求切比雪夫多项式的自变量范 围为 −1 ≤ z ≤ z1 ，此时的z1时最接近 z = +1 的零 点，用来代表阵列的旁瓣。阵列的主瓣处在 z1 < z ≤ z0的范围内。
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列
• 多尔夫-切比雪夫多项式阵列
• 泰勒分布阵列
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二项式分布阵列
函数（ 1+x ） m-1 可以使用二项式展开写成 多项式相加的形式，如下所示
(1 x)m1 1 (m 1)x
(m 1)(m 2) 2 (m 1)(m 2)(m 3) 3 x x ... 2! 3!
N元等幅均匀线阵
求解最大值点：
阵列存在唯一的一个最大值点，即m=0 求解阵因子的3dB波束点：
线阵实例 1: 侧射阵
• 波束最大指向θ 0=90°（线阵沿Z轴），当单元 的波束最大指向和阵因子的最大波束指向均指向 θ 0=90°时，便可达到最佳的侧射阵。 • 对于单元天线的波束指向要求，可以通过选择 合适的辐射单元来满足要求 • 对于阵因子的波束指向要求，可以通过合理的 调整阵列单元间的间距、每个单元的相位激励实 现。
• 多尔夫-切比雪夫多项式阵列
• 泰勒分布阵列
36
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列
• 多尔夫-切比雪夫多项式阵列
• 泰勒分布阵列
37
阵因子
• 均匀幅值阵列具有最小的半功率波束宽度
• 二项式分布幅值阵列能够实现最小的副瓣电平
• 二项式分布幅值阵列单元间距小于半波长时，副瓣 消失
N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列
• 多尔夫-切比雪夫多项式阵列
• 泰勒分布阵列
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泰勒线阵—线源激励计算
线源激励幅度的分布为
I i ( p) 1 2 S n (m) cos(m p)
m 1 i 1
1 i 1 2 [(i 1)!] S n (m)＝ (i 1 m)!(i 1 m)! i 1 0
• 阵列天线不仅可以提高增益，还可以为天线的波束
形成提供更多的自由度 : 1 ）阵列形状（线阵、圆 环阵、矩形阵）； 2）阵列单元之间的相对位置； 3 ）每个单元的激励幅值； 4 ）每个单元的激励相 位；5）每个单元的方向图差异。
天线阵基本理论
• 二元阵列 • N元等幅均匀阵列
• N元非等幅均匀阵列
常规端射阵和汉森-伍德亚德端射阵3维方向图对比 (N = 10,d = λ /4)
线阵实例 3: 汉森-伍德亚德端射阵
d=λ /2时，虽然副瓣较小， 但其背瓣大于最大指向主瓣 d=λ /4 时，满足汉森 - 伍德 亚德条件，实现了最大的方 向性系数
(kd cos ) 180
N元等幅均匀线阵
β=−90, d=λ/4, N=2
N元等幅均匀线阵
可化简为
N元等幅均匀线阵
求解阵列的零点
当n=N,2N,3N ,... 时，上述方程可化简为sin(0)/0 形式，其在0处取极限为1，即为方向图的最大值 当n取其他整数时，可以得到方程的各阶零点 对于arccos函数，其变量值不能超出±1的范围，零 点的个数会是阵列单元间距和单元相位激励的函数。
适用范围：完全相同的单元组成的阵列
阵因子的几点说明
• 阵因子，一般是阵列单元个数、物理排布、单 元的激励幅值、激励相位、空间间距的函数。 • 因为阵因子与单个单元方向图特性完全无关，这 为我们研究阵列提供了简单的途径，即忽略掉单 元方向图的特性，直接以理想点源代替，得出阵 因子后，再选择单元形式以满足特定需求。