陣列天線

由許多相同的單個天線（如對稱天線）按一定規律排列組成的天線系統，也稱天線陣。組成天線陣的獨立單元稱為陣元或天線單元。如果陣元排列在一直線或一平面上，則稱為直線陣列或平面陣列。

中文名:陣列天線

外文名:Array antenna

釋   義:不少於兩個天線單元規則

應   用:廣播、電視、雷達和導航

性   質:傳播無線電波

目錄

概述

陣列天線原圖鏈接圖片來源優酷網

天線在通信、廣播、電視、雷達和導航等無線電系統中被廣泛的應用，起到了傳播無線電波的作用，是有效地輻射和接受無線電波必不可少的裝置。

陣列天線的定義：陣列天線是一類由不少於兩個天線單元規則或隨機排列並通過適當激勵獲得預定輻射特性的特殊天線。

就天線通信知識和技術的迅速發展，以及國際上對天線的諸多研究方向的提出，都促使了新型天線的誕生。陣列天線就是研究的一種方向，所謂陣列天線不是簡單的將天線排成我們所熟悉的陣列的樣子，而是它的構成是陣列形式的。就發射天線來說，簡單的輻射源比如點源，對稱振子源是常見的構成陣列天線的輻射源。它們按照直線或者更複雜的形式，根據天線饋電電流，間距，電長度等不同參數來構成陣列，以獲取最好的輻射方向性.這就是陣列天線的魅力所在，它可以根據需要來調節輻射的方向性能。由此產生出了諸如現代移動通信中使用的智能天線等。我相信，在不久的將來，這些高技術含量的天線將會帶給我們同樣高質量的通信環境。

分類

按單元排列可分為線陣和面陣。最常用的線陣是各單元的中心依次等距排列在一直線上的直線陣。線陣的各單元也有不等距排列的，各單元中心也可以不排列在一直線上，例如排列在圓周上。多個直線陣在某一平面上按一定間隔排列就構成平面陣，若各單元的中心排列在球面上就構成球面陣。

按輻射圖形的指向可分為側射天線陣、端射天線陣和既非側射又非端射的天線陣。側射天線陣是最大輻射方向指向陣軸或陣面垂直方向的天線陣。端射天線陣是最大輻射方向指向陣軸方向的天線陣。最大輻射方向指向其他方向的天線陣為既非側射又非端射的天線陣。

陣列天線原圖鏈接圖片來源優酷網

按照功能可分為同相水平天線、頻率掃描天線、相控陣天線、多波束天線、信號處理天線、自適應天線等。

工作原理

陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和（矢量和）。由於各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨立調整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個天線無法實現的。

圖1為最簡單的二元天線陣。把功率P饋給一個天線單元時，在天線最大輻射方向足夠遠(距離r)的A點產生場強E0,當把同樣的功率饋給等幅同相二元天線陣（圖1）時，每個天線單元得到一半功率，它們在A點各產生相同的場，則合成場強。也就是說，總饋電功率 不變，而產生的場強卻增大到原來倍,即天線陣的增益增大，與一個單元相比，輻射也較集中。上述結論是在認為兩天線單元間相互沒有影響時得出的，這隻有當兩單元相距很遠時才能達到。天線陣的單元數越多，天線陣的增益就可能越高，當然天線陣的尺寸也就越大。

相乘原理

對於單元數很多的天線陣，用解析方法計算陣的總方向圖相當繁雜。假如一個多元天線陣能分解為幾個相同的子陣，則可利用方向圖相乘原理比較簡單地求出天線陣的總方向圖。

一個可分解的多元天線陣的方向圖，等於子陣的方向圖乘上以子陣為單元天線陣的方向圖。這就是方向圖相乘原理。一個複雜的天線陣可考慮多次分解，即先分解成大的子陣，這些子陣再分解為較小的子陣，直至得到單元數很少的簡單子陣為止，然後再利用方向圖相乘原理求得陣的總方向圖。這種情況適應於單元是無方向性的條件，當單元以相同的取向排列並自身具有非均勻輻射的方向圖時，則天線陣的總方向圖應等於單元的方向圖乘以陣的方向圖。

四元天線陣的總方向圖可用方向圖相乘原理來求出。陣中各單元為等幅同相激勵的半波天線。這樣一個天線陣可以分為兩個相同的子陣，單元1和2為一個子陣，這個子陣可以看成一個整體，即可用一等效單元來代替，這個等效單元處在左邊的「×」點上，單元3和4為另一子陣，這個子陣也可用一等效單元來代替，這個等效單元處在右邊的「×」點上。這兩個等效單元又構成一個天線陣。於是利用方向圖相乘原理就可以求得這天線陣的總方向圖 (圖2的下部)。其中等號左邊第一個是單元的方向圖,第二個是子陣(即等效單元)的方向圖,第三個是子陣的陣的方向圖。等號右邊是這三個方向圖的乘積，即陣的總方向圖。其他平面內的總方向圖可仿照上述步驟求得。這個方法可以推廣到求更複雜天線陣的總方向圖，只要這個複雜天線陣能分解為幾個相同的子陣即可。