天線陣列綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上天線陣列合肥學(xué)院電子系09級通信（1）班 姓名： 學(xué)號：摘要： 由許多相同的單個天線（如對稱天線）按一定規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)，也稱天線陣。天線在通信、廣播、電視、雷達(dá)和導(dǎo)航等無線電系 統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)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.關(guān)鍵字：天線陣、無線電波、輻射正文：一、定義 單一天線的方向性是有限的，為適合各種場合的應(yīng)用，將工作在同一頻率的兩個或兩個以上的單個天線，按照一定的要求進(jìn)行饋電和空間排列構(gòu)成天線陣列，也叫天線陣。構(gòu)成天線陣的天線輻射單元稱為陣元。 天線陣的主要作用有：（1）加強(qiáng)和改善輻射場的方向性。（2）加強(qiáng)輻射場的

2、強(qiáng)度。 二、工作原理 天線陣的工作原理可以看成是電磁波（電磁場）的疊加。對幾列電磁波來講，當(dāng)它們傳到同一區(qū)域時，按照疊加原理，電磁波將產(chǎn)生矢量疊加。疊加結(jié)果不僅與各列電磁波的振幅大小有關(guān)，而且與它們在相遇區(qū)間內(nèi)相互之間的相位差有關(guān)。我們知道，電磁波的相位組成包含三部分：時間相位，空間相位，初相位。就初相位來講，當(dāng)發(fā)射天線和工作頻率確定后，其初相位就是確定的，而在幾列電磁波相遇的時刻，時間相位也是確定的，只有空間相位可能發(fā)生變化，因?yàn)榻M成天線陣列的各單元天線位置不同，各自發(fā)出的電磁波傳到同一接收區(qū)域時所走的空間路徑不同，這樣就會造成空間相位的數(shù)值大小不相同。正是由于位于不同位置上的發(fā)射天線所發(fā)出

3、的電磁波傳到同一接收區(qū)域造成的空間相位出現(xiàn)差別，必然引起幾列電磁波在相遇區(qū)域形成同相位疊加，總場強(qiáng)增強(qiáng)，反相位疊加，總場強(qiáng)削弱。若總場強(qiáng)的增強(qiáng)和削弱區(qū)域在空間保持相對固定，就相當(dāng)于用天線陣改變了單個天線的輻射場結(jié)構(gòu)，這就是天線陣改變輻射場大小和方向性的原理。 三、天線陣列的分類 天線陣列也可以按照天線元的連接方式分類。相控陣的所有元都連接到饋線，對于單個天線元，還有相位偏移、功率分配和阻抗匹配等問題，但是他們都接收來自于饋線的功率（假設(shè)為發(fā)射天線）。由于發(fā)射機(jī)提供了用于“驅(qū)動”各個天線元的功率，因此這種天線也叫“被驅(qū)動陣列”。另一方面，有些天線陣列中只有一個天線元與饋線想連接，而其他元的工作則

4、是吸收和轉(zhuǎn)射來自被驅(qū)動天線元的輻射功率，這些天線元叫做“寄生元”，這種天線叫做“寄生陣列”。相控陣按最大輻射方向，可分為垂射和端射兩種。如果天線陣列的最大輻射方向與天線的主軸（這個主軸并不一定與其中單個天線元的主軸相同）相垂直，則稱這種天線為垂射天線陣列；如果最大輻射方向沿著天線的主軸，怎稱為端射天線。 四、常見天線陣列的特性1、相控陣（1） 直排陣列 直排陣列是垂射陣列的一種類型，各天線元的軸沿著同一條直線放置。以半波偶極子直排陣列為例，所有天線元在陣列主軸方向上都沒有能量輻射，因此在這個方向上沒有信號；但在陣列的一側(cè)所有天線單元都有能量輻射（要考慮相位問題）。 直排陣列天線安裝時，通常是主

5、軸垂直放置。它們在水平方向上是全方向性的，但是在垂直平面內(nèi)的輻射角較小。因此，它們適合制作很好的移動無線系統(tǒng)基站天線。許多蜂窩無線系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)的基站使用的是直排陣列。 （2） 垂射陣列 將天線單元按多列同向排列，陣列的主軸與單元的主軸垂直，也能組成一個垂射陣列，安裝時使主軸垂直放置。次陣列中天線元雖然不是直排的，但仍然是同相位。與直排陣列不同的是它們的極化方式。以偶極子天線陣列為例，相鄰天線元間距為半個波長，并且饋線交叉連接。直排陣列是垂直極化天線，而垂射陣列是水平極化的。 （3） 端射陣列 以偶極子天線為例，將上述垂射陣列中各相鄰天線元的饋線交叉連接改為平行連接，使得與每個天線元前后相鄰

6、的兩個天線的相位差為180度，因此來自一個天線元的輻射在垂射方向上與相鄰的輻射抵消，在離開天線端點(diǎn)的方向上，來自天線元的所有輻射將疊加起來。這種天線安裝一般使其主軸水平，并使其輻射處于一個方向上。這種天線的極化方向取決與所使用天線單元的極化方向。 （4） 繞桿式天線 以偶極天線元為例，繞桿式天線在水平面內(nèi)獲得全向的性能，并且極化方式是水平的。偶極天線的饋電相位之差是90度。繞桿式天線經(jīng)常用于FM廣播接收，在這種應(yīng)用中，繞桿式天線不需要轉(zhuǎn)子就可以在各個方向上表現(xiàn)出合適的性能。 （5） 對數(shù)周期偶極天線陣列 這種天線的陣元是偶極天線，其中最長的偶極天線元的長度是最低工作頻率的半個波長，最短的天線元長度則小于最高工作頻率的半個波長。平行饋線與天線的窄端相連，功率可由交叉連接的網(wǎng)絡(luò)饋電到其他偶極天線。 2、無源陣列 八木-宇田天線陣列是最為常用的無源天線陣列類型。它具有一個被驅(qū)