目录

  • 1 绪论
    • 1.1 天线的背景介绍
  • 2 基本振子辐射与天线主要特性参数
    • 2.1 电基本阵子的辐射
    • 2.2 磁基本阵子的辐射
    • 2.3 发射天线特性参数
  • 3 对称阵子
    • 3.1 对称振子及其辐射
      • 3.1.1 引言
      • 3.1.2 电流分布
      • 3.1.3 辐射场与方向图
      • 3.1.4 方向性系数
    • 3.2 对称振子馈电
      • 3.2.1 对称振子的输入阻抗
      • 3.2.2 对称振子的馈电方法
  • 4 实践环节—仿真设计软件和仿真方法
    • 4.1 天线仿真基本步骤
    • 4.2 喇叭天线建模仿真
  • 5 天线阵基本理论
    • 5.1 二元天线阵
    • 5.2 均匀直线天线阵(1-D)
    • 5.3 均匀平面天线阵(2-D)
    • 5.4 阵列分析与综合
    • 5.5 上机实验—直线阵的方向图计算
  • 6 线天线
    • 6.1 镜像法+近地水平与垂直对称振子
    • 6.2 折合振子与双锥天线
    • 6.3 单极天线
    • 6.4 旋转场天线(蝙蝠翼天线)
    • 6.5 引向天线(八木天线)
    • 6.6 螺旋天线
  • 7 面天线
    • 7.1 第一课时
    • 7.2 第二课时
    • 7.3 第三课时
    • 7.4 第四课时
  • 8 缝隙天线和微带天线
    • 8.1 电与磁的对偶性和巴俾涅原理
    • 8.2 金属板上的缝隙天线
    • 8.3 矩形波导缝隙天线
    • 8.4 波导缝隙天线阵
    • 8.5 微带天线
  • 9 学术前沿和工程实际
    • 9.1 应用需求
    • 9.2 新兴技术
    • 9.3 研究热点
  • 10 实践环节—课程设计
    • 10.1 第一课时
    • 10.2 第二课时
    • 10.3 第三课时
    • 10.4 第四课时
均匀直线天线阵(1-D)
  • 1 课程内容
  • 2 网络课程资源

2. 均匀直线阵

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1)可见区与非可见区


从数学上看,阵因子F(ψ)是在范围-∞<ψ<∞内的周期函数, 实际上θ的变化范围为0≤θ≤π,ψ=βdcosθ-α可得对应的实际范围为

该范围内为可见区,范围之外为非可见区。

单元数为N5,单元间距为d=λ/2,均匀递变相位为α=π/6时的归一化阵因子F(ψ)ψ变化的图形:


2)最大值方向

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、测向等的错误判断,应当给予抑制。

阵元间距小于半波长无栅瓣,大于等于半波长小于一倍波长有一个栅瓣,大于等于一倍波长小于2倍波长有两个栅瓣。

3)栅瓣抑制条件

  • 对于侧射阵,θm=π/2,抑制栅瓣的条件为 d<λ

  • 对于端射阵,θm=0π,抑制栅瓣的条件为d <λ/2

  • 对于扫描阵,θm为最大扫描角。例如, 在侧向两边±30º内扫描,应取θm=90º-30º=60º,得抑制栅瓣条件为d<2λ/3

4)零点位置θ0n

零点指方向图两个波瓣之间的节点。

F(ψ)=0,可得方向图的零点位置。除ψ=0外,方向图零点可由sin(/2)=0确定。

  • 对于侧射阵,θm=π/2cosθ0n=/(Nd) 。 

  • 对于端射阵, θm =0 cosθ0n =1+/(Nd)

  • 对于扫描阵,零点位置由原式确定

5)主瓣零点宽度2φ0

指主瓣两侧零点之间的夹角,即φ0 =| θ01- θm|

  • 对于侧射阵,θm=π/2


设直线阵总长为L=Nd,若L>>λ,则

  • 对于端射阵,θm=0,由式cosθ0n = 1+/(Nd) n=-1,有

设直线阵总长为L=Nd,若L>>λ


Ø总结:

(a)侧射阵主瓣零点宽度反比于天线阵长度,阵长越长,2φ0越小;

(b)端射阵主瓣零点宽度与阵长的平方根成反比; 

(c)对相同的阵列长度,侧射阵的2φ0比端射阵的窄。

6) 主瓣的半功率波束宽度2φ0.5

由均匀直线阵的归一化方向图函数:


如果N很大,则方向图主瓣窄,sin(ψ/2)≈ψ/2,归一化方向图函数可写作

由上式可画出F(ψ)ψ的关系曲线,如下图所示。 令F(u)=0.707,查图可得:u=/2=±1.392 ,即


  • 对于侧射阵(θm=π/2)


取正得


若方向图主瓣窄sinφ0.5 φ0.5,并取L=Nd,则得

  • 对于端射阵(θm=0)

取负并取L=Nd


所以得                                       

  • 对于扫描阵                               


扫描波束很窄时可由如下方法导出简单表达式

Ø由此式可见,与侧射阵相比,波束最大值发生偏移时半功率波瓣宽度将变宽。

7)副瓣位置和副瓣电平

副瓣位置指副瓣最大值对应的角度。可由dF(ψ)/dψ=0解得,但这种做法很烦琐。

分子变化比分母快得多,因此,副瓣最大值近似发生在分子|sin(s/2)|=1处,即


对于均匀直线阵, 紧靠主瓣的第一副瓣最大值比远副瓣的幅度大些。因此,阵列的副瓣电平就以第一副瓣电平为准。

代入归一化阵因子,即

8)方向性系数D

由方向性系数公式 


  • 对于侧射阵


由于 πNd>>λ, 有 Nβd/2→∞,因此


  • 对于端射阵

其中



所以


Ø在阵长L相同的情况下,端射阵的方向性系数是侧射阵的两倍。