《电磁波与天线仿真与实践》课件_电波与天线知识点15 天线阵.pptx

;;能单靠提高天线电长度来提高方向性系数吗？;天线阵的定义及作用;;;美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上射电望远镜阵列是由27面直径25米的抛物面天线组成，甚大天线阵每个天线重230吨，架设在铁轨上，可以移动，所有天线呈Y型排列，每臂长21千米。该甚大天线阵隶属于美国国家射电天文台（NRAO），于1981年建成。;天线阵的作用;天线阵天线;;图4-3两个天线单元构成的二元阵;应当注意的是，电场增强为倍只是对正前方M点而言，在其他方向上就要具体分析了。

如果讨论图4-3的N点方向，当两射线的行程差为dcosθ=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。;方向性增强原理类似光的干涉;由相同天线单元构成的天线阵的总方向性函数（或方向图），等于单个天线元的方向性函数（或方向图）与阵因子（方向图）的乘积，这是阵列天线的一个重要定理——方向性乘积定理。;二元阵的方向特性;其电流分别为I1m和I2m，且I2m=mＩ1mejψ。此式表明天线Ⅱ上电流的振幅是天线Ⅰ上电流的m倍，而相位超前于天线Ⅰ电流的相角为ψ。这时空间任一点M的辐射场是两振子辐射场的矢量和。对于远区观察点M，射线r1∥r2，φ为观察方向与阵轴（天线单元中点连线）的夹角。

两射线的路程差为：r2=r1-dcosφ，由此而引起的波程差为：r2-r1=-dcosφ。;两天线空间取向一致，类型、尺寸相同，这意味着天线Ⅰ和天线Ⅱ在观察点产生的电场矢量E1和E2近似同方向，且相应的方向性函数相等,即;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。;对应的二元阵合成场的方向性函数为;2．二元阵在子午面（E面）内的方向性函数

如图4-5所示二元天线阵在子午面（E面）内，同理可得到其方向性函数为;图4-5子午面（E面）二元天线阵;由以上结果仍可得到上述结论，即二元阵的方向性函数无??是在赤道面内还是在子午面内，均为单元天线的方向性函数与阵因子的乘积。

要注意：在子午面中，两射线的行程差是：r1-r2=dsinθ。

在应用方向性乘积定理时应注意以下几点：

（1）只有各天线单元方向性函数相同时才能应用方向性乘积定理。天线单元方向性函数要相同，除要求阵列中天线单元结构、形式相同以外，还要求天线单元排列方向相同。;（2）阵因子函数只与阵列的构成情况（如d、m、ψ等）有关，而与天线阵元的形式无关。也就是说，无论天线单元是对称阵子、缝隙天线、螺旋天线还是喇叭天线甚至是另外的阵列天线都没有关系，只要它们的组成情况相同（d、m、ψ相同），它们的阵函数的表示式都相同。

（3）虽然这里是用二元阵导出的方向性乘积定理，但这一定理同样可以应用于多元阵。

（4）若令f1(θ,φ)=1，即阵元为无方向性点源时，F(θ,φ)=f(θ，φ),即整个天线阵列的方向函数就等于阵因子。;3．举例分析

［例4-1］试求如图4-4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。

解由题意知,d=λ/2，ψ=0，m=1，2l=λ/2，将其代入相应公式（4-1-5b），得二元阵的H面方向性函数f1(φ)=1-cos(βl)=1为常数，所以单元天线为无方向性的点源，其方向性函数的图形为一个圆。;（4-1-9）;图4-6电流为等幅同相激励时的H面方向图

（a）等幅同相二元阵（边射阵）方向图;（b）二元阵方向图相乘;［例4-2］其他条件与［例4-1］相同，电流仍为等幅同相激励，当两单元天线距离以不同d/λ值放置时，即d/λ=0.25，0.375，0.5，0.625，1，2时，画出二元阵的H面方向图，并找出它们的最大幅射方向。

解由已知条件和［例4-1］的解可知，由于单元对称天线在赤道面内为无方向性，是个圆，即f1(φ)=1，因此在H面内的方向图完全由阵因子f(φ)决定，即F(φ)=f(φ)。由式(4-1-9)得;图4-7等幅同相二元阵d/λ为不同值时的H面方向图;由以上二元阵的阵因子表达式及各例题分析可以看出，天线阵的阵因子的方向性函数