微波与天线-N元天线阵.ppt

微波与天线-N元天线阵均匀直线阵对远场区而言，关系为：五元阵的归一化阵因子图令θ=π/2,得到H平面方向图函数即阵因子方向函数
1）主瓣方向
均匀直线阵的最大值发生在=0或kdcos+ζ=0时,由此得出
cos=
这里,有两种特殊情况尤为重要。
(1)边射阵
最大辐射方向在垂直于阵轴方向上,即=±π/2,ζ=0,也就是说,在垂直于阵轴方向上,各元到观察点没有波程差,所以各元电流不需要有相位差。(2)端射阵
最大辐射方向在阵轴方向上,即=0或π,ζ=kd(=0)或ζ=kd(=π),也就是说,阵的各元电流沿阵轴方向依次滞后kd。
可见,直线阵相邻元电流相位差ζ的变化,引起方向图最大辐射方向的相应变化。如果ζ随时间按一定规律重复变化,最大辐射方向连同整个方向图就能在一定空域内往返运动,即实现方向图扫描。这种通过改变相邻元电流相位差实现方向图扫描的天线阵,称为相控阵。
处。显然,边射阵与端射阵相应的以表示的零点方位是不同的。
3）主瓣宽度
当N很大时,头两个零点之间的主瓣宽度可近似确定。令
表示第一个零点,则=±2π/N。
(1)边射阵（ζ=0,=π/2）
设第一个零点发生在处,则头两个零点之间的主瓣宽度为2Δ=2()
因而有

所以

当Nd>>λ时,主瓣宽度为
(2)端射阵（ζ=kd,=0）
设第一个零点发生在及ψ01=kd(cos)处，则

当Δ很小时,,所以端射阵的主瓣宽度为

显然,均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵的主瓣宽度。显然,均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵的主瓣宽度。
(3)旁瓣方位
旁瓣是次极大值,它们发生在若以对数表示,多元均匀直线阵的第一旁瓣电平为例间距为λ/2的十二元均匀直线阵
①求归一化阵方向函数;
②求边射阵的主瓣零功率波瓣宽度和第一旁瓣电平,并画出方向图;
③此天线阵为端射阵时,求主瓣的零功率波瓣宽度和第一旁瓣电平,并画出方向图。
解:十二元均匀直线阵函数为


其中
ψ=kdcos+ζ十二元均匀直线阵归一化阵方向图
其第一零点发生在十二元均匀边射阵方向图对于端射阵,ζ=π,所以,ψ=πcos+π。
第一零点的位置为
πcos-π=
主瓣零功率波瓣宽度为
2Δ=68°
第一旁瓣电平为
20lg0.212=13.5dB
十二元均匀直线阵的第一旁瓣电平（13.5dB）比五元均匀直线阵的第一旁瓣电平（12dB）仅降低了1.5dB。十二元均匀端射阵方向图例五元边射阵,天线元间距为λ/2,各元电流按三角形分布，其比值为1∶2∶3∶2∶1,确定阵因子和归一化方向图,并将第一旁瓣电平与均匀五元阵相比较。解:五元锥形阵的归一化阵因子为:五元锥形阵的主瓣发生在ψ=0即=±π/2处,旁瓣发生在即=0、π处，此时|A(ψ)|=1/9,其第一旁瓣电平为19.2dB,而五元均匀边射阵的第一旁瓣电平为12dB,显然不均匀分布直线阵旁瓣电平降低了,但主瓣宽度却增加了。非均匀五元阵归一化阵因子方向图天线阵方向图的主瓣宽度小,则旁瓣电平就高；反之,主瓣宽度大,则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄,但旁瓣数目多、电平高;二项式直线阵的主瓣很宽,旁瓣就消失了。对发射天线来说,天线方向图的旁瓣是朝不希望的区域发射,从而分散了天线的辐射能量;而对接收天线来说，从不希望的区域接收,就要降低接收信噪比,因此它是有害的。但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用,从这点来说,旁瓣似乎又是有益的。实际上,只要旁瓣电平低于给定的电平,旁瓣是允许存在的。能在主瓣宽度和旁瓣电平间进行最优折中的是道尔夫切比雪夫分布阵。这种天线阵在满足给定旁瓣电平的条件下,主瓣宽度最窄。道尔夫切比雪夫分布阵具有等旁瓣的特点,其数学表达式是切比雪夫多项式。道尔夫切比雪夫分布边射阵是最优边射阵,它所产生的方向图是最优方向图。