阵列天线

单个天线按一定规律排列组成的天线系统

由许多相同的单个天线（如对称天线）按一定规律排列组成的天线系统，也称天线阵。组成天线阵的独立单元称为阵元或天线单元。如果阵元排列在一直线或一平面上，则称为直线阵列或平面阵列。

系统介绍

天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接收无线电波必不可少的装置。

阵列天线的定义：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。

就天线通信知识和技术的迅速发展，以及国际上对天线的诸多研究方向的提出，都促使了新型天线的诞生。阵列天线就是研究的一种方向，所谓阵列天线不是简单的将天线排成我们所熟悉的阵列的样子，而是它的构成是阵列形式的。就发射天线来说，简单的辐射源比如点源，对称振子源是常见的构成阵列天线的辐射源。它们按照直线或者更复杂的形式，根据天线馈电电流，间距，电长度等不同参数来构成阵列，以获取最好的辐射方向性.这就是阵列天线的魅力所在，它可以根据需要来调节辐射的方向性能。由此产生出了诸如现代移动通信中使用的智能天线等。我相信，在不久的将来，这些高技术含量的天线将会带给我们同样高质量的通信环境。

分类

按单元排列可分为线阵和面阵。最常用的线阵是各单元的中心依次等距排列在一直线上的直线阵。线阵的各单元也有不等距排列的，各单元中心也可以不排列在一直线上，例如排列在圆周上。多个直线阵在某一平面上按一定间隔排列就构成平面阵，若各单元的中心排列在球面上就构成球面阵。

按辐射图形的指向可分为侧射天线阵、端射天线阵和既非侧射又非端射的天线阵。侧射天线阵是最大辐射方向指向阵轴或阵面垂直方向的天线阵。端射天线阵是最大辐射方向指向阵轴方向的天线阵。最大辐射方向指向其他方向的天线阵为既非侧射又非端射的天线阵。

按照功能可分为同相水平天线、频率扫描天线、相控阵天线、多波束天线、信号处理天线、自适应天线等。

工作原理

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。

图1为最简单的二元天线阵。把功率P馈给一个天线单元时，在天线最大辐射方向足够远(距离r)的A点产生场强E0,当把同样的功率馈给等幅同相二元天线阵（图1）时，每个天线单元得到一半功率，它们在A点各产生相同的场，则合成场强。也就是说，总馈电功率不变，而产生的场强却增大到原来倍,即天线阵的增益增大，与一个单元相比，辐射也较集中。上述结论是在认为两天线单元间相互没有影响时得出的，这只有当两单元相距很远时才能达到。天线阵的单元数越多，天线阵的增益就可能越高，当然天线阵的尺寸也就越大。

相乘原理

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。

图2上部的四元天线阵的总方向图可用方向图相乘原理来求出。阵中各单元为等幅同相激励的半波天线。这样一个天线阵可以分为两个相同的子阵，单元1和2为一个子阵，这个子阵可以看成一个整体，即可用一等效单元来代替，这个等效单元处在左边的“×”点上，单元3和4为另一子阵，这个子阵也可用一等效单元来代替，这个等效单元处在右边的“×”点上。这两个等效单元又构成一个天线阵。于是利用方向图相乘原理就可以求得这天线阵的总方向图 (图2的下部)。其中等号左边第一个是单元的方向图,第二个是子阵(即等效单元)的方向图,第三个是子阵的阵的方向图。等号右边是这三个方向图的乘积，即阵的总方向图。其他平面内的总方向图可仿照上述步骤求得。这个方法可以推广到求更复杂天线阵的总方向图，只要这个复杂天线阵能分解为几个相同的子阵即可。

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