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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)。
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
相控阵天线方向图：线性阵列波束特性和阵列因子虽然数字相控阵在商业以及航空航天和防务应用中不断增长，但许多设计工程师对相控阵天线并不算了解。
相控阵天线设计并非新生事物，经过数十年的发展，这一理论已经相当成熟，但是，大多数文献仅适合精通电磁数学的天线工程师。
随着相控阵开始包含更多混合信号和数字内容，许多工程师可以从更直观的相控阵天线方向图说明中获益。
事实证明，相控阵天线行为与混合信号和数字工程师每天处理的离散时间采样系统之间有许多相似之处。
本系列文章的目的并非培养天线设计工程师，而是向使用相控阵子系统或器件的工程师展现他们的工作对相控阵天线方向图的影响。
波束方向首先，让我们来看看一个直观的相控阵波束转向示例。
图1是一个简单的图示，描绘了波前从两个不同方向射向四个天线元件。
在接收路径上的每个天线元件后面都会产生延时，之后所有四个信号再汇总到一起。
在图1a中，该延时与波前到达每个元件的时间差一致。
在本例中，产生的延时会导致四个信号同相到达合并点。
这种一致的合并会增强组合器输出的信号。
在图1b中，产生的延时相同，但在本例中，波前与天线元件垂直。
现在产生的延时与四个信号的相位不一致，因此组合器输出会被大幅削弱。
图1. 理解转向角度。
在相控阵中，延时是波束转向所需的可量化变量。
但也可以通过相移来仿真延时，这在许多实现中是十分常见且实用的做法。
我们将在介绍波束斜视的部分讨论延时与相移的影响，但目前我们先来了解相移实现，然后推导相应相移的波束转向计算。
图2所示为使用移相器而非延时的相控阵排列。
请注意，我们将瞄准线方向(θ= 0°)定义为垂直于天线正面。
瞄准线右侧定义为正角θ，瞄准线左侧定义为负角。
图2. 使用RF移相器的相控阵概念。
要显示波束转向所需的相移，可以在相邻元件之间绘制一组直角三角形，如图3所示。
其中，ΔΦ表示这些相邻元件之间的相移。
图3. 相移ΔΦ与波束转向角度的推导。
图3a定义了这些元件之间的三角恒等式，各元件之间相隔距离用(d)表示。
直线阵列天线通信技术的研究和应用随着信息技术的飞速发展，现代社会已经进入一个信息化时代，人们不断地寻求更加高效、便捷的通信方式，从而促进了通信技术的不断进步和发展。
在通信技术领域中，直线阵列天线技术一直备受关注，它具有传输距离远、带宽宽、信号稳定等优点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
本文将深入探讨直线阵列天线通信技术的相关研究和应用。
一、直线阵列天线技术的概述直线阵列天线技术是一种利用多个天线元件组成的天线系统。
这种天线系统的特点是其天线元件之间等间距排列，从而形成了一个规则的排列结构。
直线阵列天线技术以天线阵列的高度和天线元件之间的距离为基础，使信号传输过程中受到的干扰较小，信号的传输方式更加稳定和高效。
二、直线阵列天线通信技术的优点1、传输距离远传统的单一天线进行通信时，随着信号距离的增大，信号的强度会瞬间下降。
而在直线阵列天线中，由于有多个天线元件的参与，能够弥补单一天线在信号传输中的不足，从而保证信号在传输过程中的稳定性和距离的可控性。
2、带宽宽在传统通信技术中，由于天线系统的限制，其能够传输的带宽是非常有限的。
而直线阵列天线技术则可以利用多个天线元件进行通信，从而扩大了信号的传输带宽，大大增强了通信系统的数据传输效率。
3、信号稳定在传输过程中，由于天线的设计和布局，直线阵列天线技术的信号传输更加稳定可靠。
天线元件之间等距离排列，信号在传输过程中会受到少量的干扰，因此其传输质量更加可靠和稳定。
三、直线阵列天线通信技术的应用直线阵列天线技术的广泛应用领域包括：雷达技术、卫星通信、移动通信、电视广播、第五代移动通信等。
下面将以卫星通信和第五代移动通信为例进行简要介绍。
1、卫星通信卫星通信是利用通信卫星作为中继站进行数据传输的一种通信方式。
对于卫星通信来说，直线阵列天线技术的应用十分广泛，通过多个天线元件的参与，使信号传输过程中受到的干扰更少，从而保证了信号的传输质量，提高了通信的稳定性和可靠性。
阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。
天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。
天线的性能直接影响到无线电设备的使用。
现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。
阵列天线是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组成的。
如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。
平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。
在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。
例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。
天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。
对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。
在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。
在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。
随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。
等等。
综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。
