天线阵技术
柔性共形阵天线技术的发展及应用
柔性共形阵天线技术的发展及应用共形阵天线是和物体外形保持一致的天线阵，将天线阵面与载体外形“共形”，增强了适应性，相对于平面阵天线有很大的优势。
在现代无线通信系统中，共形阵天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形，且并不破坏载体的外形结构及空气动力学等特性，成为天线领域的一个研究热点，是新世纪相控阵雷达发展的一个重要方向。
其中，柔性共形阵天线（后面重点介绍）是更先进的一种共形阵天线技术，不仅可以和任意曲面共形，能够随着外形变化进行动态调整适应而且对于飞行器因气动、冷热等引起的振动和外形变化具有更好的适应性。
目前中国、美国、日本都在进行相关研究，中国已经研制成功采用圆柱阵的相控阵雷达和直升机共形天线。
共形阵天线技术发展历史共形阵的研究实际上很早就开始了，上世纪30年代雷达刚刚出现的时候，科学家就开始对圆环阵、圆锥阵等特别形状天线进行研究，它们被视为共形阵的基础和突破口。
上世纪80年代以后，随着信息革命的爆发，微电子技术迅速发展，一系列新器件、工艺的出现，为共形阵的运用打下了坚实的基础，目前共形阵已经开始部分实用，共形相控阵天线已经运用到各种雷达，如地面、舰载、机载探测雷达，电子战系统、通信系统等，运用领域也越来越广泛。
共形天线已经走入实用共形阵天线技术特点传统的相控阵雷达天线一般采用线阵或者平面阵，它的优点就是结构比较简单，技术处理比较容易，各方面理论比较成熟，因此费用、成本等较低，是目前相控阵雷达广泛使用的天线形式。
不过平面相控阵天线也有自己一些先天的不足之处，限制它进一步的发展。
决定雷达探测距离两个参数：孔径和功率。
想提高雷达的探测距离，就必须提高雷达的孔径，但是飞机上空间有限，难以找到较大的空间给平面阵，这样共形阵就出现了，共形阵最大的特点就是能够和载体表面共形，这样的话，就可以有效的扩展雷达天线的孔径，相。
第二章 天线阵
变化关系曲线
kd , kd 的区间称为可对应的 F 才是均匀 直线阵的阵因子。可视区内的方向图形状与 d 和ξ同 时有关， 适当调整 d 和ξ可获得良好的阵因子方向图。
n 1,2,3,.... ） ，会出现四个极大值方向，两个在 0 和
方向端射，两个在 2 和 3 2 方向边射。
端射阵的可视区为 2kd ,0 或者 0,2kd ，为了得到 单一的端射方向图、 避免出现栅瓣， 必须有 2 kd 2 ， 即 d max 2 。 普通端射阵的性能参数： 1） 方向函数 只讨论最大辐射方向为 0 的情况。将 kd 代 入均匀直线阵的方向函数， 得到端射阵的方向函数为：
kd cos 2n cos
0 ,180
2 n
代入阵函数可知， 在 0 和 180 的方向上， 阵函数 也出现了最大值，即出现了栅瓣（Grating Loble） 。栅 瓣会造成天线辐射功率的分散，并且容易受到严重的 干扰。边射阵的可视区为 kd , kd ，为防止出现栅瓣， 必须使 kd max 2 ，即 d max ，通常取 d 1 1 N 。 边射阵的性能参数： 1) 方向函数 将 0 代入均匀直线阵的方向函数，即可得到边 射阵的方向函数：
F a ( ) 1 N sin Nkd cos 2 kd cos sin 2
2) 零功率波瓣宽度
令 Fa 0 ，则有：
sin Nkd cos 0 2 n 0,1,2,....
得到
Nkd cos n 2
其中 n 0 对应主波束， n 1 对应于主波束两边的零 点，零点位置为：
天线交换矩阵技术要求
天线交换矩阵技术要求一：功能要求要求短波交换矩阵能够串接在天线和一组接收机之间，用放大接收信号功率，使一副天线接收的信号无损耗的提供给多部接收机工作。
要求一部天线交换矩阵具有16路输入、32路天线输出功能，即16X32路天线交换矩阵实现天线和接收机之间的切换，使用外接市电220V，同时要求能够提供接口的通信协议，以及实现终端工控机的软件控制。
二：技术性能2.1.1 频率范围： 1.5MHz～30MHz2.1.2 输入出驻波：≤22.1.3输出驻波：≤22.1.4 增益： 1.5dB±2dB2.1.5 噪声系数：≤7.5dB2.1.6 输入1dB压缩点：≥7.5dBm2.1.7 二阶截点IP2：≥68dBm2.1.8 三阶截点IP3：≥30dBm2.1.9 输出端口路间隔离度：≥35dB（同输入）≥60dB（不同输入）2.1.10 切换速度：≤20ms2.1.11 控制接口：控制接口RJ45/RS232C2.1.12 高频信号接口输入：BNC型、输出：BNC型2.1.13 MTBF：≥2000h2.2 环境条件2.2.1工作环境温度 +5℃～+55℃相对湿度≤95％大气压力 96～104KPa2.2.2 机械性能振动、冲击符合GJB2225.2-94要求。
2.2.3 外形尺寸(单位mm)标准4U机箱，外形尺寸为：482.6×177×550。
三：维护要求该设备要求于北京监测站短波监测机房进行试用一年，以保证产品性能可靠。
四：售后服务、技术支持和培训要求1 根据投标方向招标方所提供的硬件设备的种类及其应用范围，以及招标方的需求，投标方向招标方提供全方位的、有效的、及时的技术支持和服务。
2 投标方必须具备履行招标方的服务要求及长期合作的能力，具有完备的技术支持体系，应为招标方提供全方位的专业技术支持服务，包括但不限于依托投标方售后服务体系建立项目的本地化服务，以及受过专业训练、具有丰富经验、稳定、长期的专业技术支持队伍。
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
天线罩与天线阵全波仿真技术
天线罩与天线阵全波仿真技术天线罩是用来保护天线的一种介质外壳，使天线避免在各种恶劣环境条件下可能造成的损坏，但是天线罩的存在也会影响天线的电性能，包括辐射方向图、功率传输损耗、瞄准误差等。
随着ANSYS HFSS 软件在天馈系统设计中的普及，针对天线及其前端馈电网络的基于仿真的设计流程已经日趋成熟。
先进的设计手段也促进射频模块不停地向更高性能、更高集成度的方向发展。
随着天线指标的不断提高，天线罩的电磁设计，尤其是天线罩与天线或天线阵的一体化设计和联合仿真已经成为迫切需要解决的课题。
天线罩作为复杂天线系统的重要组成部分，其电磁设计也具有相当的难度。
很多天线罩是电大尺寸与复杂材料的混合体，同时，当其内部为波导裂缝天线阵时，还需要考虑天线的转动角度，其转动引起的瞄准误差和瞄准误差斜率对计算精度的要求高，采用全波仿真技术对天线阵带天线罩进行整体精确仿真是必要的。
其产生的大规模计算和大的仿真任务量需要通过先进的算法及并行求解技术实现。
1.新功能3D Component更快实现天线罩与天线阵一体化建模在通常的研发流程中，天线罩与天线或天线阵往往是不同设计小组开发，而在天线罩的电性能研究中，需要将天线或天线阵与天线罩一体化进行考虑，才能获得更为精确且可靠的结果，因为只有这样才能将复杂的近场效应考虑在内。
因而，仿真模型的安全传递成为了实际研发过程中必须要解决的问题。
HFSS中不断完善的3D Component功能可以将HFSS仿真模型保存为一个3D Component，这个Component中包含了HFSS仿真所需的一切设置与信息，包括三维结构、材料属性、端口、边界条件、网格剖分方式、混合算法设置等，可以直接用于新的仿真。
在最新的HFSS 2016版本中，3D Component增加了全新的加密功能，除了可以通过密码保护模型的安全外，还能够隐藏模型的结构细节，在3D Component的使用者看来，就像一个黑盒子，却通过仿真能获得完整模型的所有性能，从而进一步确保了模型传递的安全性，保护。
全向高增益天线阵技术的研究进展
全向高增益天线阵技术的研究进展余阳;朱永忠;何伟【摘要】全向天线因其具有水平全向辐射特性,有利于高速运动的移动平台以及中继站接收各个方向的电磁波而受到广泛关注.综述了高增益全向天线的需求背景、典型结构和关键技术,依次介绍了共线折合振子阵、富兰克林全向共线振子阵、缝隙耦合串馈共线全向天线阵、同轴共线天线阵和印刷全向共线天线阵的结构特点,对比总结了它们各自的优缺点.最后还分析了高增益全向天线的宽带化、小型化、组阵等关键技术.为满足未来实际应用需求,高增益全向天线阵的宽带化、小型化技术将成为今后的研究重点.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2018(058)011【总页数】7页(P1356-1362)【关键词】全向天线;全向天线阵;高增益;宽频带;小型化【作者】余阳;朱永忠;何伟【作者单位】武警工程大学信息工程学院,西安 710086;武警工程大学信息工程学院,西安 710086;武警部队参谋部,北京 100089【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言全向天线在现代移动通信中应用十分广泛，如车载台、船载台、陆基导航系统以及中继站等设备都要求采用全向天线。
美国IEEE Std145-1993中给出了全向天线的定义：在一给定的平面内的辐射方向图基本上是无方向性的，而在任一正交平面内则是有方向性的一种天线。
因此，全向天线的特别之处在于它的辐射特性，可以在水平方向内实现360°均匀辐射，即向自由空间中的某一平面均匀地分布辐射电磁波能量，在该平面的方向图中数学表示为一个理想圆，这就使得全向天线有很大的应用潜能。
例如,为了使车载、机载、船载等运动速度不定、轨迹不定的高速移动平台以及基站在各种状态下均可接受电磁波，一般都要求使用全向辐射性能良好的天线。
所以全向天线一直都是移动通信系统关注的重点问题[1]。
近年来随着通信技术的快速发展，高增益全向天线主要在结构上发生了很大变化。
早期的高增益全向天线主要是柱状或者杆状的立体结构，例如1920年提出的富兰克林全向共线天线阵[2]、1989年由Balslay和Ecklund提出的同轴共线天线阵[3]以及共线折合振子阵[4]都是此类结构，这反映了早期高增益全向天线都是垂直极化共线阵的柱状结构，此类天线至今还广泛运用于移动通信系统中。
短波测向天线阵工作原理
短波测向天线阵工作原理
短波测向天线阵的工作原理可描述如下：
1. 天线结构：短波测向天线阵通常由多个天线组成，这些天线按照特定的几何形状和排列方式布置在一起。
常见的天线形式包括水平线天线阵、垂直线天线阵和圆环型天线阵等。
2. 信号接收：短波测向天线阵用于接收空中传播的短波信号。
当短波信号到达天线阵时，每个天线上的电流振动产生相应的电磁场。
3. 电信号处理：每个天线捕获到的信号会通过信号处理电路进行增益放大、滤波和频率变换等处理。
此外，还需要对不同天线采集到的信号进行精确的时间同步。
4. 相位差分测量：接下来，在信号处理电路中进行相位差分测量。
通过对不同天线接收到的信号进行相位差分测量，可以得到每个信号源相对于天线阵的到达角度信息。
5. 信号定位：利用相位差分测量得到的角度信息，通过相位差定位算法计算出信号源的准确位置。
这样就可以实现对信号源的定向测量和定位。
总之，短波测向天线阵通过不同天线接收到的信号的相位差分测量，结合信号处理和定位算法，能够对信号源进行准确的测向和定位分析。
chap5天线阵
均匀直线阵的归一化方向图的可见区和非可见区示意图
(2)最大值方向
(3)栅瓣及其抑制 由上图可知，可见区随间距d/的增大而扩大，甚至可能使 可见区扩大到包含若干个最大值，即在可见区出现栅瓣。栅 瓣的出现是人们不希望的，它不但使辐射能量分散，增益下 降，而且会造成对目标定位、测向造成错误判断等，应当给 予抑制。
2
q 1,2,
s d coss cosm
N
1 2q
3 N
q 1,2,
其中,第一副瓣位置对应于
s1
(2)副瓣电平SLL 副瓣电平为
N 3 sin 2 N f s1 3 sin 2N
在前面第一章中对均匀直线式天线阵作过简单介绍，得到 了N元均匀直线阵的阵因子为
f sin N 2 sin
2
其中
d cos
θ为阵轴与射线之间的夹角； α为相邻单元之间的馈电相 位差。
1、可见区与非可见区、最大值方向、栅瓣及其抑制条件 (1)可见区与非可见区
该范围为可见区，范围之外为非可见区。在下图中给出了单元 数为N＝5，单元间距为d=/2，均匀递变相位为=/6时的归 一化阵因子F()随变化的图形。
则
2 0
2 Nd
对端射阵, m 0
20 20
当N很大时, cos 01 1
01 0
Nd
1 2
(1) 侧射阵主瓣零点 宽度反比于天线阵长 度，阵长越长，20 就越小； (2) 端射阵主瓣零点 宽度与阵长的平方根 成反比； (3) 对相同的阵列长 度，侧射阵的20 比端射阵的窄。
由 D
第五章 天线阵
N jcI m1 jkr N j 0 n j n , E En e mn e e f n , Pn r n 1 n 1 N jcI m1 jkr j 0 n j n , e f1 , mn e e Pn r n 1
第五章 耦合振子阵
第一节 概述
• 振子阵天线：两个或多个振子按一定的方式排
列和依一定的电流相位馈电，这样所组成的辐
射系统称为振子阵天线。
• N元振子阵：由N个振子组成的振子阵。 • 耦合振子：振子阵中的振子相互间存在耦合作 用，因此称为耦合振子。
改善天线的方向性，提高天线增益
第二节 两耦合振子的方向性
60 I m1 2 E f 1 m 2m cos 0 kd cos r
令 则
f c
1 m 2m cos 0 kd cos
2
60I m1 E f f c r
f f fc
n 1 N j 0 n
e
jkdn sin
注：1）通常方向性函数指的是方向性函数的模
2）选择第一个辐射元为参考点
例1：相距/4的两耦合半波对称振子以相同的电流同相馈电， 求该振子阵的方向性。 解：由已知，得 m 1, 0 0, d1 0, d2 / 4
1）子午面内：
cos cos cos coskl cos cos kl 2 2 f1 sin sin
• 两耦合振子在子午面内(yoz)的方向性函数
z M
1
1
2
r1 o r r2
~
x
~
2
y
I m2 m e j 0 I m1 m：两电流的振幅比
二元天线阵的研究方法
二元天线阵的研究方法二元天线阵的研究一、引言二元天线阵是一种常见的天线布置形式，通过合理的设计和研究，可以实现多种应用。
本文将详细介绍二元天线阵的研究，并探讨其中的各种方法。
二、二元天线阵的定义二元天线阵由两个天线组成，可以分为垂直架构和水平架构两种形式。
其特点是可以实现定向性较好的信号放大和接收，并且能够减少多径效应。
三、二元天线阵的研究方法在二元天线阵的研究中，有多种方法被采用。
下面列举几种常见的方法：1.数组方向图方法：–利用数组方向图方法，可以对二元天线阵的指向性进行分析和研究；–数组方向图方法可以通过调整天线间距和相位差来实现不同的指向性。
2.阵列噪声温度方法：–通过阵列噪声温度方法，可以对二元天线阵的性能进行评估；–阵列噪声温度方法可以通过计算接收到的信号和噪声的比值来确定信噪比。
3.天线元件仿真方法：–利用天线元件仿真方法，可以对二元天线阵中每个天线的性能进行模拟和分析；–天线元件仿真方法可以通过数值计算方法或者软件模拟来实现。
4.电磁场分析方法：–通过电磁场分析方法，可以对二元天线阵与外部环境的相互作用进行研究；–电磁场分析方法可以通过电磁场的分布和传输特性来评估二元天线阵的性能。
四、二元天线阵的应用领域二元天线阵在许多领域有着广泛的应用，以下是其中几个典型的应用领域：1.通信领域：–二元天线阵可以用于实现高速无线通信，提高信号传输速度和质量；–通过定向性和波束成形技术，可以增强通信系统的抗干扰能力。
2.雷达系统：–二元天线阵可以用于构建先进的雷达系统，提高目标检测和追踪的准确性；–通过波束成形和多普勒分析，可以实现对目标的高精度测距和速度测量。
3.天基测控系统：–二元天线阵可以用于天基测控系统中的信号接收和发射，实现对航天器的精确控制；–通过波束指向和自适应波束成形，可以降低信号传输的功耗和误码率。
4.成像技术：–二元天线阵在医学成像、地质勘探和无人机图像处理等领域具有广泛应用；–通过合成孔径雷达和多普勒成像等技术，可以实现高分辨率和高精度的图像重构。
可用于新体制雷达的非线性有源天线阵技术
合振荡器阵列 、 双边耦合振荡器阵列 、 耦 合 锁 相 环 阵列 ４ 种 ． 如 用 双 边 耦 合 振 荡 器 阵列 实 现 的 Ｎ Ｌ Ａ ３ ， Ｃ Ｏ Ａ是 利 用 非 线 性 动 力 学 原 理 ， 应 用 注
苛 刻 的要 求 ． 有 源 相 控 阵 雷 ห้องสมุดไป่ตู้ 的天 线 是 采 用 Ｔ ／ Ｒ组 件 实 现 的相 控 阵 天 线 ， 其 实 现 原理 与无 源
有 广 阔应 用 前 景 ．
当前 ＤＤ Ｓ工 作 频 率 限制 ， 需 要 对 其 产 生 信 号 进
行 上／ 下变频实现发射／ 接收， 在需 要 组 件 数 量 较 多 的情 况 下 ， 成 本 很 高 ． 另 外 ， 相控 阵技术 已 逐 渐 应 用 于 各 种 民用 及 军 用 战 术 雷 达 ， 如搜索 、
摘
要： 针对采 用非线性有源天线阵实现性能优 良的新体制雷达仍有 尚未解决的技术问题 ， 分析 了线性有源
天 线 阵的 国 内外研 究现状 ， 对非 线性 有 源天 线 阵基 础理 论 和应 用 于新 体制 雷达 的关键 技 术 进行 了归 纳总 结 ， 包括 耦 合 振 荡器 阵列 拓 扑 结 构 和 单 元 设 计 、 宽 带 非 线 性 有 源 天 线 阵波 束 扫 描 和 形 成 技 术 、 利 用 非 线 性 有 源天 线 阵
频 锁 相技 术 同 步各 振 荡 器单 元 ， 产生 相 干射 频 信
号进 而形成相 对相移 ．利用 Ｃ Ｏ Ａ实 现 的 ＮＬ Ａ３
可 以不 用 移 相器 ， 只需 控制 振 荡 器单 元 的 自由振 荡 频 率 就 能 对 阵 面 相 位 分 布 进 行 控 制 ． 这 种 天 线 阵 的最 大 优 点 是 ： 体积小 、 成本低 、 功耗低 ， 尤 其是Ｃ Ｏ Ａ可 以用 微 波 集 成 芯 片 （ ＭＩ Ｃ ） 或 微 型 微 波集 成 芯 片（ ＭＭＩ Ｃ ） 实 现 高度 集 成 ．基 于 Ｎ Ｌ Ａ ３ 的性 能优 良的 相 控 阵 雷 达 在 未 来 信 息 战 领 域 具
2天线阵基础知识
2、并排排列情况
此时的二元阵如下图所示，并建立坐标系。 二元阵总场方向图函数为
fT (q ,) f0 (q ,) fa (q ,)
半波振子单元方向图函数为
cos( cosq )
f0(q , )
2
sinq
二元阵阵因子为
fa
(q , )
2
cos( kd 2
cos q y
2
)
式中，θy为阵轴(y轴)与r的夹角 cosq y rˆ yˆ sinq sin
❖ 阵函数只与阵列的构成有关，例如：单元间的间距、单元间 的初始相位差等，而与天线元的型式无关。
❖ 两个方向图相乘的原则：最大值乘以最大值仍为最大值；零 乘以任何值仍为零；两个零点之间必有一个波瓣。
❖ 方向图乘积定理适用于多元阵；
方向图乘积定理
fT ( ， ) F( ， ) fa ( ， )
共轴对称振子单元 F(q ,) cos(kl cosq ) cos(kl) sinq
二元阵阵因子
fa (q , ) (e j / 2 me j / 2 )
合成相差
kd cosq
当m=1
fa
(q ,)
2
cos(
2
)
2 cos(
kd 2
cosq
2
)
阵因子函数只与θ角有关，与φ角无关，说 明阵因子方向图关于阵轴旋转对称。
■当m=1，β=0(即I1= I0 ，等幅同相)时：
等
等
幅
幅
同
同
相
相
等
心 脏
形
幅 反 相
返回
人工画图方法如下：
(1)找最大值：例如前图(b)，在θ=0º~360º内，最大值出现 在0º，90º，180º，270º。 (2)找零点：对图(b)，方向图零点出现在60º，120º，240º ，300º。
天线阵
En=E1e-j(n-1)ψ· e-jβ［r1-(n-1)dcosφ］
(n － 1 ) d cos y M r1 r2 r3 r4 … rn－ 1 rn
=E1e-jβr1· ej(n-1)(βdcosφ-ψ)
d cos d
令ξ=βdcosφ-ψ，则
E=|E1|e-jβr1［1+ejξ+ej2ξ+…+ej(n-1)ξ］
E1 (1 me j )
ξ=ψ+βdcosφ代表两天线单元辐射场的相位差，
第一部分E1是天线阵元Ⅰ在M点产生的场强
第二部分（1+mejξ）取决于两天线间的电流比（包括振幅比m 与相位ψ）以及相对位置d，与天线的类型、尺寸无关，称为阵因子。
合成场的振幅为：
| E | 60 I1m 60 I1m f1 ( ) 1 m2 2m cos f1 ( ) f ( ) r1 r1
x
y
＝ 9 0°
y
×
＝0°
x
＝
Ⅰ
x Ⅱ ＝0°
2 70 ° (a)
3 00 ° 自因 子 阵因 子 (b) 天线 阵方向 性图
§1.3 均匀直线式天线阵
均匀直线式天线阵的条件是：在这种天线阵中， 各天线单元电流的幅度相等，相位以均匀比例递 增或递减，而且以相等间距d排列在一直线上。其 相邻单元的间距均为d，各电流的相位差为ψ
练一练
试求如下图所示的两个沿x方向排列、间距d为λ/2 且平行于z轴放置的对称半波振子天线在电流为等 幅同相激励时的H面方向图。
y r1 r2 M
d cos
Ⅰ d Ⅱ
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。
新型平板天线阵PPT
创新点
利用微带天线单元的结构特点， 利用微带天线单元的结构特点，进行平面阵列 天线组阵，通过对阵列天线单元数的选择和排列 天线组阵， 方式的选择， 方式的选择，使得其辐射方向图和主瓣宽度满足 设计指标的需求； 设计指标的需求；通过对每个天线单元的馈电进 行加权控制， 行加权控制，从而对天线阵列的辐射副瓣增益进 行控制，使其进一步的降低， 行控制，使其进一步的降低，以达到设计指标需 求。
背景： 背景：当前雷达测速系统中使用的主要
雷达测速的原理：道路旁装有雷达
设计的目的
对目前毫米波雷达测速系统中的喇叭天线进行 更换替代。为提高雷达测速系统的分辨能力， 更换替代。为提高雷达测速系统的分辨能力， 要求天线方向图主瓣波束更窄、副瓣电平更低； 要求天线方向图主瓣波束更窄、副瓣电平更低； 同时为便于整个测速系统产品的平面化和集成 要求产品轴向尺寸进一步降低。 化，要求产品轴向尺寸进一步降低。为满足上 述需求，本项目采用平板天线阵列结构， 述需求，本项目采用平板天线阵列结构，由于 微带天线的结构特点，其具有小型化、 微带天线的结构特点，其具有小型化、共形化 和集成化等显著特点， 和集成化等显著特点，所以采用微带阵列天线 来进行更换替代。 来进行更换替代。
菱形平面阵
（140mm× 140mm） 140mm× 140mm）
Ansoft LLC
30.00
Name m1 m3 m4 m5 m6 m7 X Y Curve Info dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='24.125GHz' Phi='0deg' dB(GainTotal)_1 Setup1 : LastAdaptive Freq='24.125GHz' Phi='90deg'
反射阵天线与透射阵天线关键技术的研究
反射阵天线与透射阵天线关键技术的研究反射阵天线与透射阵天线关键技术的研究引言：天线作为无线通信系统中的重要组成部分，起着收发信号的重要作用。
在近年来的研究中，反射阵天线和透射阵天线受到了广泛关注。
本文将对这两种天线的关键技术进行深入研究，并探讨其在无线通信领域的潜力。
一、反射阵天线的关键技术1. 反射阵天线的基本原理反射阵天线利用自身的衍射和反射原理，将入射信号进行反射，从而将无线信号聚焦在特定方向上。
其基本原理是通过对天线的几何形状、大小和位置进行优化设计，实现对信号的控制和调整。
2. 天线单元的设计反射阵天线的性能取决于天线单元的设计。
天线单元的主要设计参数包括增益、波束宽度、辐射效率以及频率响应等。
通过调整这些参数，可以实现对天线性能的优化。
3. 多元天线阵列为了实现更好的性能，反射阵天线常常采用多元天线阵列。
多元天线阵列由多个天线单元组成，通过调整单元之间的间距和相位差，实现对天线的方向性和增益的控制。
4. 激励信号的设计反射阵天线通过激励信号的设计，实现对天线的指向性和频率响应的优化。
激励信号的设计可以采用多种方法，包括窄带激励和宽带激励等，具体的选择取决于应用场景和需求。
二、透射阵天线的关键技术1. 透射阵天线的基本原理透射阵天线基于介质的透明性，在材料中引入控制单元，通过对材料的电磁参数进行调节，实现对透射信号的控制和调整。
其基本原理是通过对材料的折射率、厚度和形状进行优化设计，实现对信号的调制和控制。
2. 材料的选择和设计透射阵天线的性能取决于材料的选择和设计。
目前常用的透射材料包括金属光子晶体、介电体和导电材料等。
通过对材料的选择和设计，可以实现对透射信号的频率响应、相位调节和振幅控制的优化。
3. 透射信号的调制透射阵天线通过调制透射信号的相位和振幅，实现对天线的方向性和增益的控制。
透射信号的调制可以采用多种方法，包括电调制、光调制和声波调制等。
具体的选择取决于应用场景和需求。
新型宽带U型缝贴片天线阵
新型宽带U型缝贴片天线阵随着科技的发展和人们对通信需求的不断增长，无线通信技术也在不断创新和突破。
其中，天线技术作为无线通信系统的重要组成部分，其性能对整个系统的质量和可靠性有着至关重要的影响。
近年来，新型宽带U型缝贴片天线阵作为一种重要的天线技术应运而生，引起了广泛关注。
1. 新型宽带U型缝贴片天线阵的原理和结构新型宽带U型缝贴片天线阵采用特殊形状的U型缝贴片作为天线的辐射元件，通过合理设计和布置形成阵列结构。
每个U型缝贴片都是一个独立的天线单元，通过阵列中不同天线单元之间的相互作用，实现对无线信号的接收和发射。
同时，由于U型缝贴片的特殊结构，使得该天线阵具有宽带性能，能够在多个频段实现高效的通信。
2. 新型宽带U型缝贴片天线阵的优势与应用2.1 宽带性能：传统天线往往只适用于特定频段的通信，而新型宽带U型缝贴片天线阵能够实现宽带工作，覆盖多个频段，提高通信效率和稳定性。
2.2 尺寸小巧：新型宽带U型缝贴片天线阵的设计和制造技术使得其尺寸小巧，便于安装和布置在各种设备和系统中，提高了系统的灵活性和可扩展性。
2.3 方向性辐射：新型宽带U型缝贴片天线阵能够通过调整阵列中各个单元之间的空间布局来控制天线的辐射方向性，提高无线信号的传输距离和传输质量。
2.4 多天线技术应用：新型宽带U型缝贴片天线阵在5G、物联网和航空航天等领域具有广泛的应用前景，可以实现更快速和可靠的数据传输。
3. 新型宽带U型缝贴片天线阵的发展趋势随着无线通信技术和应用场景的不断发展，对天线性能和要求也越来越高。
新型宽带U型缝贴片天线阵作为一种新兴的天线技术，其在以下几个方面有着明显的发展趋势：3.1 宽频带通信：新型宽带U型缝贴片天线阵将不断扩展其工作频段，以适应更多通信标准和频率范围的需求。
3.2 尺寸进一步缩小：随着微电子技术的进步，新型宽带U型缝贴片天线阵的尺寸将会进一步缩小，为紧凑设备和系统提供更好的天线解决方案。
3.3 天线集成化：新型宽带U型缝贴片天线阵将更多地以集成方式应用于各种设备和系统中，提供更加完善的无线通信解决方案。
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2
dB值:
AF
n
20 log
2
3
13 .47 dB
§4.3 几种常见均匀直线阵
【边射阵】最大值方向指向与阵列轴垂直的方
向。
kd cos 0
0
2
0
0 同时 d n, n 1,2,3,
kd cos 2n cos 0,180 2n
此时除了在 90 外，在 0,180 也出现了与主瓣一样大 的波瓣，此波瓣称为栅瓣。
2
无解
4
cosn
1
2
n
说明在阵列的 和 观 察位置，出现零点，其中 是阵因子产生的零点， 2 是 阵列单元自身产生。
2
§推4.2广二均元匀阵直列线到阵N列元阵列情况，均匀＝等幅，
等间距，单元间等相差且递增分布。
I1 I0e j , I2 I0e j2 ,..., I N 1 I0e j(N 1) , I N I0e j(N )
近似
AF
s in
N 2
sin
1
2
A F n
1 N
sin
N 2
sin
1
2
A F n
sin
N 2
N
2
结论：
① 函数是关于 周期函数，周期为 2 。
② 每个周期内有一个主瓣和 N 2 个副瓣。主瓣的宽度 为 4 N ，副瓣的宽度为 2 N 。
③ 主瓣和副瓣之间出现零值 ，在一个周期内零值的个 数为 N 1 个，零值出现的位置在 2n N (n 1,2,..., N 1)
e jN 1
2
e jN 2
e j1 2
e jN 2 e j1 2
e
jN
1
2
sin
N 2
sin
1
2
（1） （2）
如果阵列的参考点位 于阵列的中心，可得 阵因子为
AF
sin
N 2
sin
1
2
kd cos
§阵4因.2 子均归匀一直化线可阵得列
在 0邻域
4
cos
点
Etn
cos
cos
4
cos
n
0
cosn 0 n 2
cos
4
cosn
0
无解
§b.4.1 d方 向4 ，图归一乘化积定理 2
Etn cos cos4 cos 1
Etn
cos
cos4
cos
1n0来自cosn0n
2
cos4
cos
1
n
0
4
cosn
1
2
n
0
4
cosn
1
2
无解
说明在阵列的 0和 是阵因子产生的零点，
观 察位置，出现零点，其中 2 是阵列单元自身产生。
0
2
§b. 4 .1 d方 向4 ，图归乘一化积定理 2
Etn
cos
cos4
cos
1
Etn
cos
cos4
cos
1
n
0
cosn
0
n
2
cos4
cos
1
n
0
4
cosn
1
对N元直线阵，有
Fa ( )
2
，在天线元数N很大时，方向性
N sin
很强，能量集中在 0
2
附近很小的范围里。这时
sin
，
Fa (
)
sin N
2
N
sin N (kd cos
2
N (kd cos )
)
2
2
§设天4线.3阵的几总种长度常为见L均, 且匀L 直(N 线1)d阵。当N 很大时有 L Nd ，
代入上式可得
sin( kL cos N )
Fa ( )
2
2
kL cos N
2
2
sin( kL cos )
边射阵的方向性系数：因为 0 ，故 Fa ( )
D
2
2
kL cos
2
，所以
sin 2 (kL cos )
0
2
(kL cos )2
sin d
2
令
z
kL 2
cos
，则
dz
kL 2
sind
D 2L
➢假设两个天线单元间没有互耦
电基本振子 电场为
E
j
kIl
4
e jkr r
s in
对§于4.第1 一方个向单图元乘：积E1 定ˆj理k4I0l
e
j kr1
r1
2
cos1
对于第二个单元：
E2
ˆj
kI0l
4
e jkr2 r2
2
cos2
总场：
Et
E1
E2
ˆj
kI0l
4
e jkr1
r1
天线阵技术
§4.1 引言
多元天线：由两个或两个以上单个天线组成的 天线系统。
阵列天线：由两个或两个以上结构和取向完全 相同的天线平行排列组成的多元天线，又叫做 天线阵，可分为直线阵列，平面阵列和空间阵 列等三种形式。限于课时，我们只讨论直线阵 列，它是分析阵列天线的基础。
类型：离散元阵列；连续元阵列；线阵；平面 阵；立体阵。
22
h
h
c
os1
2d
2.782 N
最大值位置
m
cos1
2d
3dB波瓣宽度 h 2m h
§【4第.2 一均副匀瓣直电线平】阵列
第一副瓣电平出现的位置为
kd cos 3
N
s
c
os1
2d
3
N
如果阵列比较大时，第一副瓣电平值为
A F n
sin
N 2
N
2
3
0.212
因此为了避免栅瓣出现，一般要求 dmax
§4.3 几种常见均匀直线阵
§4.3 几种常见均匀直线阵
【端射阵】最大值方向指向阵列轴方向。
kd cos 0
0 0 0
kd kd
当 d 2 同时在 0 0 ，0 具有端射阵。 当 d n, n 1,2,3, 边射和端射同时存在。
4.4 地面对天线方向图的影响
电电基基本本振振子子
对对称称振振子子
4.4 地面对天线方向图的影响
4.4 地面对天线方向图的影响
谢谢
2
当N 很大时，可求得
D 4L
强方向性端射阵的方向性系数为 D 1.8 4L
4.4 地面对天线方向图的影响
采用镜像法的条件：假定地面为无限 大的导电平面。
天线理论中的镜像法：求位于无限大 理想导电平面附近的天线产生的辐射场时， 可用一个关于导电平面对称位置处的镜像 来取代导电平面的作用。
地面对天线方向图的影响 天线及其镜像天线组成的二元阵的方 向图函数问题。
天线元（阵列元）：组成阵列天线的单个天线。
Pr Pt
ecdtecdr
4R
2
Dt
t
,t
Dr
r
,r
【§阵4.列1 天引线言实物照片】
【§二4.元1 阵方列向】图由乘两积个定天线理元构成的直线阵列。
【二元天线阵的方向性】
设有两个结构和取向完全相同的 电基本振子，相距为 d 且 d r ， 如左图所示，电流分别为 I1 I0e j 2 和 ， I2 I0e j 2 为电流相位差，天 线元在YOZ面内，沿y 轴方向，阵 列的轴与z轴重合。
k I0l
4
e jkr r
cos
2
cos
1 2
kd cos
阵因子：
AF
2
cos
1 2
kd
cos
总场E＝【E（单个单元在参考点）】×【阵因子】
【方向图乘积定理】
任何阵列天线总的方向性函数都等于阵列单元的 方向性函数与阵因子的乘积。
§4.1 方向图乘积定理
➢ 只有各天线元的方向性函数相同时，才能应用方向性乘 积定理，即要求天线元的结构和取向完全相同。
cosm
)
0
得
m
c os1 (
)
kd
控制电流相位差 ，使它按照某种规律变化，那么，最大辐射 方向也必然作相应变化。
【§方4向.3性系几数种】 常见均匀直线阵
最大辐射方向上方向性系数的一般表达式为
D
2
0
0
F
2 (
4 , ) sin dd
当天线的方向性图为轴对称时
D
0
Fa2
2
( )sind
sin N
fa( )
F( )
§【4例.14.方1】向给图出乘如积下定图所理示的两个电基本振子，
求出总场的零点位置d。 其4 中 而且 a. 0 b. 2 c. 2
解：a. 0 d 4 ，归一化
Et
ˆj
kI0l
4
e jkr r
cos
2
c os 12
kd cos
零
Etn
cos
cos
2
cos1
e jkr2 r2
2
cos2
对 1 2
于 远 区
r1
r
d 2
c os
r2
r
d 2
c os
场 r1 r2 r
相位近似 幅度近似
因§此4.，1 可方得向图乘积定理
Et
ˆj
k I0l
4
e jkr r
cos
e jkd cos 2