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第五讲 直线天线阵

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天线阵列

天线阵列

天线阵列天线阵列是由多个天线组成的一种通信系统，用于接收和发送无线信号。

它通过多天线的协同工作，提供了更好的信号覆盖范围和更强的通信能力。

本文将介绍天线阵列的结构、工作原理以及应用领域等方面。

天线阵列通常由一组天线元件组成，这些元件可以排列在一条直线上，也可以形成一个二维或三维的阵列。

每个天线元件都能够独立地接收或发送信号，同时它们之间存在相互之间的协作关系。

通过控制天线元件之间的相位差，可以实现波束赋形，即将信号主要集中在某个方向上，提高信号的接收或发送效率。

天线阵列的工作原理是基于波束赋形技术。

当信号从不同的方向传播时，它们会到达天线阵列的不同位置。

通过对每个天线元件的信号进行加权和相位调整，可以实现对特定方向的信号增强，同时对其他方向的信号进行抑制。

这种波束赋形技术可以有效地提高信号的质量和传输距离。

天线阵列在通信领域有着广泛的应用。

首先，它可以用于移动通信系统，提供更稳定和可靠的通信信号。

在城市高楼和山区等复杂环境下，传统的天线往往无法满足全面的信号覆盖需求，而天线阵列可以通过波束赋形技术，将信号主要聚焦在用户所在的区域，提供更好的通信服务质量。

其次，天线阵列也可以用于雷达系统。

雷达是一种通过发射和接收无线波来检测目标物体的技术。

天线阵列可以提供更高的分辨率和更远的探测距离，使雷达系统能够更准确地获取目标物体的信息。

此外，天线阵列还可以应用于无线局域网（WLAN）以及无线电广播等领域。

在WLAN中，天线阵列可以提供更广阔的无线覆盖范围和更高的数据传输速率，满足用户对高速和稳定网络连接的需求。

在无线电广播中，天线阵列可以实现多波束传输，将广播信号分发到不同的接收设备，提供更多样化的广播服务。

综上所述，天线阵列作为一种通信系统，通过多个天线元件的协同工作，实现了波束赋形和信号增强的功能。

它在移动通信、雷达系统、无线局域网和无线电广播等领域都有广泛应用。

随着无线通信技术的不断发展，天线阵列将在未来的通信领域发挥更加重要的作用。

天线原理与设计_讲义7

天线原理与设计_讲义7


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。
5、副瓣位置和副瓣电平
(1)副瓣位置
指副瓣最大值对应的角度。可由 dF (ψ ) / dψ = 0 解得，这种做法很烦琐。考
察
F (ψ
)
=
sin( Nψ N sin(ψ
/ 2) / 2)
，其分子变化比分母快得多，因此，副瓣最大值发生在分
|N
>>1
≈
1 1.5π
= 0.212
2N
得： SLL = 20 lg | F (ψ s1) |= −13.5 (dB)
(5.31)
6、方向性系数 D
由方向性系数公式
∫ ∫ ∫ D =
2π dϕ
4π π F 2(θ )sinθ dθ
=
2 π F 2(θ ) sinθ dθ
=
2 I
0
0
0
∫ 式中， I = π F 2 (θ ) sinθ dθ 0
f (ψ ) = sin(Nψ / 2) sin(ψ / 2)
，ψ = β d cosθ −α
式中，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。
其最大值条件为ψ |θ =θm = β d cosθm − α = 0 ，得：α = β d cosθm
可得：
ψ = β d (cosθ − cosθm )
(rad) = 107.72
λ L
(o) ≈ 108
λ L
(o)
(5.21)
■扫描阵( 0 < θm < π / 2 )
由式(5.18)得
cosθ1
−
cosθm
=
天线工程设计基础课件：阵列天线

天线工程设计基础课件：阵列天线


性，根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、
相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起，并通过适
当的激励达到预定的辐射特性，这种多个辐射源的结构称为
阵列天线。根据天线阵列单元的排列形式，阵列天线可以分
为直线阵列、平面阵列和共形阵列等。
阵列天线
直线阵列和平面阵列形式的天线常作为扫描阵列，使其主波
波束最大值方向，则
阵列天线
6. 2. 2 天线阵的分析
1. 均匀线阵的分析
相邻辐射元之间距离相等，所有辐射元的激励幅度相同，
相邻辐射元的激励相位恒定的线阵就是均匀线阵，如图 6.2所示。列天线图 6.2 均匀线阵
阵列天线
1 )均匀线阵方向图
若 n 个辐射元均匀分布在 z 轴上，这时单元的位置坐标
向图函数。当阵列单元相同时， f n (θ ， ϕ ) = f ( θ ， ϕ )，
对于均匀直线阵有 I n = I 0 ，上式可化为
阵列天线
其中
阵列天线
式(6－62 )为方向图乘积原理，即阵列天线的方向图函
数等于阵列单元方向图函数与阵列因子的乘积。 S (θ ， ϕ )
称为阵列因子方向图函数，它和单元数目、间距、激励幅度
单元共轴排列所组成的直线阵，阵列中相邻单元的间距均为
d ，设第 n 个单元的激励电流为 I n ej β n ，通过将每个阵列
单元与一个移相器相连接，使电流相位依次滞后 α ，
阵列天线
将单元 0 的相位作为参考相位，则 βn =nα 。由几何关系可
知，当波束扫描角为 θ 时，各相邻单元因空间波程差所引起
瓣指向空间的任一方向。当考虑到空气动力学以及减小阵列
天线的雷达散射截面等方面的要求时，需要阵列天线与某些
天线原理与设计 第五章天线阵

天线原理与设计 第五章天线阵


SLL = 20 lg | F (ψ s1 ) |= −13.5 (dB)
(5.31)
6、方向性系数 D
由方向性系数公式，即 4π D = 2π = π 2 ( ) sin d ϕ F ψ θ d θ ∫ ∫
0 0
2
∫
π
0
F 2 (ψ32)
式中，
I = ∫ F 2 (θ ) sin θ dθ
主瓣宽度为 2ϕ 0.5 = θ1 − θ 2
λ
L
(5.22) (5.23)
λ
L
= arc cos(cos θ m − 0.443λ / L) − arc cos(cosθ m + 0.443λ / L)
当扫描波束很窄时可由如下方法导出简单表达式。 式(5.23)减(5.22)得：
(5.24)
cosθ 2 − cosθ1 = 0.886
ψ = β d (cosθ − cosθ m )
f max = N F (ψ ) =
sin( Nψ / 2) N sin(ψ / 2)
以上是第一章介绍过的内容。下面对均匀直线阵作进一步介绍。
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
从数学上看，阵因子 f (ψ ) 是在 −∞ < ψ < ∞ 范围内的周期函数，实际上 θ 的 变化范围为 0 ≤ θ ≤ π ，由ψ = β d cosθ − α 可得对应的实际范围为
(5.15)
2ϕ 0 = 2θ 01 = 2arc cos(1 +
若阵长 L = Nd >> λ ， cos θ 01 ≈ 1 −
2 θ 01
λ
Nd
)
(5.16)
阵列天线分析与综合复习

阵列天线分析与综合复习

阵列天线分析与综合复习第一章 直线阵列的分析1. 什么是阵列天线的分析？2. 什么是阵列天线的综合？3. 能导出均匀直线阵列的阵因子sin(/2)(),cos sin(/2)Nu S u u kd u βα==+ 当阵轴为x 轴、y 轴或z 轴时，cos β的表示分别是什么？阵因子与哪些因素有关？4. 均匀侧射阵与端射阵(1) 什么是均匀直线侧射阵和端射阵？它们的阵因子表示分别是什么?(2) 最大辐射方向与最大值(3) 抑制栅瓣条件(4) 零点位置(5) 主瓣零点宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(6) 半功率波瓣宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(7) 副瓣电平。

能证明均匀直线阵的副瓣电平SLL=-13.5dB 。

(8) 方向性系数。

■能证明不等幅、等间距直线阵的方向性系数公式(1.38)■当/2d λ=时，能证明得到式(2.26)■能导出均匀直线侧射阵和端射阵的阵因子公式2/D L λ=和4/D L λ=5. 能用Z 变换方法和直接相加法分析书上P17图1.14、图1.15、图1.17分布与P34习题1.10正弦分布的阵列。

即能根据P18表1.2的阵列函数简表导出阵因子，并能写出求和形式的阵因子和作适当的分析。

直线阵列能用Z 变化法分析的条件限制是什么？6. 谢昆诺夫单位圆辅助分析阵列(1) 能由阵列多项式的零点导出阵列激励分布，见P34习题1.13。

(2) 熟悉不同单元间距d 时，,cos ju w e u kd θα==+，w 在单位圆上的轨迹变化。

(3) 根据w 在单位圆上的轨迹变化，能说明阵列不出现栅瓣的条件。

(4) 单位圆上某点与各零点的距离的乘积含义是什么？(5) 能用单位圆分析一个简单直线阵列。

7. 不均匀阵列概念(1) 不等间距阵列(2) 幅度不均匀阵列(3) 相位不均匀阵列(4) 波束展宽方法(5) 相位和幅度误差分析模型8. 单脉冲阵列(激励幅度对称)(1) 和方向图■能根据阵列单元顺序排列写出阵因子方向图函数(单元数不分奇偶)。

chap5天线阵

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
天线阵技术

天线阵技术


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
第五章 天线阵

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
王健阵列天线讲义5

王健阵列天线讲义5

149
(3.14)
(2.15)
式中
(3.16)
阵列天线分析与综合讲义
王建
为该单元在阵面上的位置坐标。不论行数 N x 和列数 N y 为何值，式(3.16)是相对 于阵列中心的位置坐标。坐标原点到远区场点的射线 r 的单位矢量为
ˆ=x ˆ cos ϕ sin θ + y ˆ sin ϕ sin θ + z ˆ cos θ r
, Nx −1 , Ny −1
ˆ m + yy ˆ n = xmd ˆ x + ynd ˆ y ρ mn = xx
144
阵列天线分析与综合讲义
王建
图 3-3 矩形栅格排列的矩形平面阵
3.2.1 阵因子方向图函数及波束指向
1. 阵因子方向图函数
设第 mn 个单元的激励电流为 I mn ，则其远区辐射场可表示为 Emn = CI mn e − jkRmn e − jkr − jk ( Rmn − r ) = CI mn e Rmn r
一、对称振子平面阵结构及坐标系
矩形网格、矩形边界的对称振子平面阵结构及建立的坐标系如图 3-6 所示。 平面阵共有 N x 列， N y 行，列间距为 d x ，行间距为 d y 。
148
阵列天线分析与综合讲义
王建
图 3-6 对称振子平面阵结构及建立的坐标系
为了使阵列天线仅向正前方辐射，阵列的后面可加反射板。为简化分析， 反射板可看作是一金属反射面，见图 3-7。反射面与阵列表面之间的距离为 d z ， 约为中心频率对应波长 λ0 的四分之一，即 d z 像。
αx
kd x
)2 + (
αy
kd y
)2 < 1
(3.12)
天线原理与设计复习

天线原理与设计复习


；
(b)
定义 2：在某方向产生相同电场强度的条件下，理想电源的输入功
率
Poin
与某天线的输入功率
Pin
的比值。即：
G (θ0,ϕ0 )
=
Poin Pin
与方向性系数的关系： G (θ0,ϕ0 ) = ηaD(θ0,ϕ0 )
何谓理想点源天线？ 试述方向性系数定义式(a)与增益定义式(b)的不同。 ●极化，输入阻抗 Zin 、频带宽度 Δf ，有效面积和长度 Se 、 Le ，天线 效率ηa 。 圆极化天线的辐射电场有哪些分量，它们之间满足何关系？ 什么是交叉极化？ 何谓极化匹配和阻抗匹配？收发天线之间的极化失配因子。 天线有效面积和有效长度公式。 ●天线与发射机、接收机的等效电路。 何谓共扼匹配？ 简 述 若 不 计 天 线 损 耗 ，则 共 轭 匹 配 时 天 线 的 辐 射 功 率 只 有 信 号 源 所 能供给的总功率的一半。 简 述 如 果 不 计 天 线 热 损 耗 ，共 轭 匹 配 时 要 使 天 线 截 获 到 的 功 率 的 一 半传送给接收机，则天线必定要将另一半散射掉。
(α
=
±π
,m
= 1,
d
=
λ ),
2
4
f12
=
π 2 cos[
4
(cosθ
∓ 1)] ；
等幅同相( d = λ /2 ) 等幅反向( d = λ /2 )
α =π /2
α = −π / 2
2、均匀直线阵
4
(1) 阵因子
fa
(θ
)
=
sin (
sin
Nψ
(ψ /
/ 2) 2)
,
ψ = β d cosθ − α ;
电磁兼容基础05 高频场耦合(1)

电磁兼容基础05 高频场耦合(1)


磁偶极子
j0 SI sin e 4 r 2 SI H 2 cos e r sin e 4 r 3 E
远场
I lk 2 jkr E j e sin e 4 r 0 H j I lk jkr e sin e 4 r
场分布具
k SI 0 sin e jkr e 4 r k 2 SI H sin e jkr e 4 r E

I l k 3 sin 2 2 0 4r
2 2
er
20 I l r sin d d 3
2
I l k 3 2 ° Prad Ñ S S gdS 0 0 4r 2 sin 0

2 2
方向图与电偶极子天线
k 2 SI H sin e jkr e 4 r
f , sin
P19
5.3 磁偶极子天线
3、与电偶极子天线的比较
电偶极子 近场
I l e jkr E j 2 cos er sin e 4 0 r 3 H I l jkr e sin e 4 r 2
点电荷情况下的标量动态位方程
通解
为电磁波速度
特解
P6
பைடு நூலகம்
5.1 自由空间的电磁辐射
5、分布源激励下的动态位解-动态位的积分公式
因达朗贝尔方程为线性方程,根据 叠加定理，分布电荷产生的标量动 态位为
z
dV ' x', y',z'
r ', t
R r r '
r'
eR
V'
r
y
P(x,y,z)

天线阵

第n号单元在观察点M产生的场强为
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

天线阵的原理与应用

天线阵的原理与应用前言随着科技的发展，有线通信渐渐被无线通信所替代。

人们尝到了无线通信带来的方便，已经离不开它。

现代生活中，移动电话，电视，收音机，无线路由，无线电导航，雷达等等，无一不体现着无线生活带来的便利。

而这些无线的设备离开导线后之所以还能够正常使用，天线在其中扮演着重要的角色。

天线的发明距今已有100多年的历史，第一个天线是德国物理学家赫兹在1887年为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的。

它的发射天线是两根30cm的金属杆，杆的终端连接两块40cm见方的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线。

早期的无线电主要应用于远洋通信，第一次使用它是在1901年，意大利物理学家马可尼采用一种大型天线，其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个高10英尺，相聚200英尺的塔上，电火花放电视发射机接在天线和地之间。

天线应用最早是在长波远洋通信上，这时天线的主要发展集中在长波波段上。

自1925年以后，中、短波无线电广播、通信开始逐渐应用，而后的各种中、短波天线得到迅速的发展。

第二次世界大战中，雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发展，在这以后的30多年是无线电电子学飞速发展的时代，微波中继通信、散射通信、电视广播的飞速发展，特别是20世纪50年代后期，人类进入太空时代，对天线提出了许多新的要求，出现了许多新型天线。

在实际的无线电系统中，为了完成特定的任务和提高工作性能，在电气上有的需要特殊波束的天线，有的需要天线有很强的方向性（很高的增益）。

这是就要采取天线阵的方式来解决这类问题。

本文将对天线阵的原理做一些定性分析，同时讨论其应用方向。

摘要两个或两个以上的个别的(或离散的)天线组成的天线系统称为天线阵（又称阵列天线或离散阵列）。

构成天线阵的个别天线叫做天线元（或辐射元），简称为阵元。

阵元排列方式有线阵、平面阵和空间阵。

从性能和使用的特殊要求来分类，阵列天线可分为：一般阵列、相位控制阵列、自适应阵列和信号处理阵列。

精品课件-天线技术(许学梅)-第5章


f1( , ) e jr1
第5章 阵列天线(天线阵) 在赤道面中，θ=90°, 则式中f1(θ, φ)=f1(φ)=1-cos
(βl)为单元天线在赤道面的方向性函数——单元天线的自因子。
所以
E1
j 60 I1m r1
1 cos(l)
e jr1
j 60 I1m r1
f1( ) e jr1
式中, f1(θ, φ)表示单元天线的方向性函数，也称为单元天线 的自因子，此处为对称振子的方向性函数， 即
f1(
,
)
cos(l
cos ) sin
cos(l)
（5-1-3）
它们在远区M点处产生的场强分别为
E1
j 60 I1m r1
cos(l cos ) cos(l) e jr1 sin
j 60 I1m r1
言， 在其他方向上就要具体分析了。如果讨论图5-3的N点方向， 当两射线的行程差为d cosθ=λ/2 时，其引起的相位差将为π， 这表示两振子到达该点的场强等值反相，合成场为零。所以说把 能量分配到各振子上去以后，方向性可以增强的根本原因是由于 各振子的场在空间相互干涉，结果使某些方向的辐射增强， 另 一些方向的辐射减弱，从而使主瓣变窄。
同理
E2
j 60 I2m r2
f2 ( ) e jr2
因此，在远区M点的合成场强为： E=E1+E2, 即
E
j 60I1m r1
f1( ) e jr1 1 me j( d cos )
E1 (1 me j( d cos ) )
E1(1 me j( d cos ) ) E1(1 me j )
第5章 阵列天线(天线阵) 第 5 章 阵列天线(天线阵)
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Felement ( , ) jkr1 E Em e [1 e jkd cos e j ] r1 2 Em jkr1 Felement ( , ) cos e r1 2
kd cos kd sin cos
所以, 二元阵的场强方向图函数为
推导过程：
二元天线阵是由间距为d，
South China University of Technology
沿x轴排列的两个相同的阵 元所组成。
两个阵元振幅相等、相位
M z r1
差为ζ, 各自的远区辐射电 场为
E 1 Em Felement ( , ) e
jkr1
r2

1
r1
仿真例子2：由4个半波振子排成直线，天线中心
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相距0.7波长，天线等幅同相激励，频率100MHz ，振子直径1cm，仿真方向图和增益。 解： 100MHz下波长为3m，半波长为1.5m，0.7波长 为2.1m。 建立FEKO模型，计算结果：
天线阵按排列方式分：
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线阵、圆阵、面阵
按馈电方式分： 并馈阵、串馈阵
按激励方式分：
相控阵、自适应阵列（智能天线） 相似元阵：每个阵元的结构和摆向相同的天线阵
列（阵元的方向图相同的阵列） 天线阵的课题： 组阵如何方向图和输入阻抗
半波振子二元阵
如果天线阵由两个沿x 轴排列且平行于z轴放置的
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半波振子所组成, 阵元方向图为
cos cos 2 Felement ( , ) sin
M z
r1
r2

1

2
于是，半波振子二元阵的方向图为
M z r1
沿x轴排列的两个相同的阵 元所组成。
两个阵元振幅相等、相位
r2
差为ζ（2相对于1）, 每个 阵元的方向函数为：Felement ( , ) 1 可以推导出，二元阵的方 d 向函数为： F ( , ) Felement ( , ) f array ( , )
I
d
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4
Ie
j

2
=0 时，两个单元的场叠加，
辐射最大； =π时，场抵消， 辐射为零, 最大辐射方向为阵的 轴线，称为端射阵。
半波振子二元阵的H面方向图
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天线阵概念 二元天线阵 均匀直线阵
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e jkr1 e jkr2 j E E 1 E 2 Em Felement ( , )[ e ] r1 r2 在远区，观察点M离天线足够远, 可认为自阵元1 和阵元2至点M的两射线平行。
对于相位因子，可取近似 r2 r1 d sin cos r1 d cos
阵因子表示各向同性元所组成的天线阵的方向性,
其值取决于天线阵的排列方式及其阵元上激励电 流的相对振幅和相位, 与阵元本身的结构无关。
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仿真例子1：由两个半波振子排成直线，两个天线
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k
2
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[例4-1]画出两个平行于z 轴放置, 且沿x 方向排列 的半波振子, 在d=λ/4、ζ= −π/2时的H面和E面方向 图。 解: 将d=λ/4、ζ= −π/2 代入， j Ie 2 得到H面和E面方向图函数为 I FH ( ) cos[ (cos 1)] d
典型天线阵图片
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F ( , ) Felement ( , ) f ( )
Felement ( , ) 是阵元的方向图函数，称为元因子。
f ( ) cos

2
是二元阵的贡献，称为阵因子。
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元因子表示组成天线阵的阵元的方向图函数, 其值
仅取决于阵元本身的结构，体现了阵元的方向性 对天线阵方向性的影响。
阵因子表示各向同性元所组成的天线阵的方向性,
其值取决于天线阵的排列方式及其阵元上激励电 流的相对振幅和相位, 与阵元本身的结构无关。
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结论
在阵元相同的条件下, 天线阵的方向图函数是单元
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因子与阵因子的乘积。这个特性称为方向图乘积 定理(pattern multiplication)。 F ( , ) Felement ( , ) f array ( , )
5.1 天线阵概念(antenna array）
天线阵：由若干天线按某种方式排列、并按照一
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定规律激励所构成的系统 。 构成天线阵的天线称为辐射单元或阵元。 组阵目的：提高辐射性能、方便控制。
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在阵元相同的条件下, 天线阵的方向图函数是单元
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因子与阵因子的乘积。这个特性称为方向图乘积 定理(pattern multiplication)。
元因子表示组成天线阵的阵元的方向图函数, 其值
仅取决于阵元本身的结构，体现了阵元的方向性 对天线阵方向性的影响。
中心相距0.7波长，天线等幅同相激励，频率 100MHz，振子直径1cm，仿真方向图和增益。 解： 100MHz下波长为3m，半波长为1.5m，0.7波长 为2.1m。 建立FEKO模型，计算结果： 结论，组成后方向性增强，增益提高
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4 cos( cos ) 2 FE ( ) | cos (sin 1) | sin 4
4
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讨论：二元半波振子阵的E面和H面方向图函数与 单个半波振子的是不同的, 特别在H面, 由于单个半 波振子无方向性, 天线阵H面方向函数完全取决于 阵因子。 Research Institute of Antennas & RF Techniques
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天线 Antennas
第 5讲
直线天线阵
谢泽明
华南理工大学电子与信息学院 eezmxie@