控陣天線輻射基礎(chǔ)知識(shí)
出處:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2020-05-21 15:00:25
采用的是電子方法實(shí)現(xiàn)波束無(wú)慣性掃描,因此也叫電子掃描陣列(ESA),它的波束方向可控、掃描也靈活,并且增益也可以很高。

對(duì)于相控陣天線輻射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常用歸一化的天線方向圖來(lái)描述,它反映了波束形狀、天線增益、副瓣等特性。

波束的指向始終與等相位面垂直,而等相位面由陣元間的饋相關(guān)系確定,因此在各個(gè)陣元都是等幅饋電情況下,線性陣的波束方向圖函數(shù)為 sinc 函數(shù)。可以通過(guò)陣因子來(lái)計(jì)算相控陣波束寬度,詳細(xì)的公式推導(dǎo)在有關(guān)相控陣的書籍中都有,這里給出結(jié)果:
通常,均勻口徑照射情況下 3dB 波束寬度的 k=0.886,若是 4dB 波束寬度的 k=1;
天線口徑越大,波束越窄
從上面的公式可以看出當(dāng)天線口徑(Nd)越大,也就是陣元數(shù)越多,陣元間距越大,波束越窄;直觀的理解就是線陣越長(zhǎng),波束寬度就越窄,天線增益越大!

描角度越小,波束越窄
隨著掃描角度的增大,波束寬度會(huì)變寬,掃描角正負(fù) 60 度時(shí),其余弦值為 1/2,相比于 0 度時(shí)增大了一倍;隨著掃描角度的增加,不僅僅是波束寬度會(huì)惡化,天線增益也會(huì)惡化。通常一般不大于正負(fù) 60 度,這也是某些戰(zhàn)艦或預(yù)警機(jī)上用三塊天線來(lái)覆蓋 360 度空域的原因。

波長(zhǎng)越短,波束越窄
從公式還可以看出在天線口徑不變的情況下,波長(zhǎng)越長(zhǎng),波束寬度越大;例如:對(duì)于機(jī)載火控雷達(dá),可用空間就那么大,因此更適合使用波長(zhǎng)短的更高頻段,以便獲得更窄的波束。
動(dòng)圖仿真:
為了簡(jiǎn)化對(duì)波束掃描的動(dòng)圖仿真,幅度進(jìn)行了歸一化,指向 0°時(shí)是 0dB。仿真時(shí)設(shè)置:N=32,d=λ/2,波束指向θB 從 0~60°,再?gòu)?60~0°,得到下面的動(dòng)圖:


從該動(dòng)圖可以看出:
1. 隨著波束指向的增大,波束寬度變胖,當(dāng)達(dá)到 60°時(shí),變胖了一倍。
2. 隨著波束指向的增大,增益也有降低。
3. 沒(méi)有進(jìn)行降低旁瓣的加權(quán),旁瓣較高。
波束寬度與掃描角θB 的關(guān)系:

當(dāng)掃描的角度為θmax 時(shí),為了不出現(xiàn)刪瓣,陣元間距 d 和波長(zhǎng)λ需要滿足關(guān)系:

也就是說(shuō)當(dāng)陣元間距小于半波長(zhǎng)時(shí),即使掃描到 90°都不會(huì)出現(xiàn)刪瓣。如果你想看看出現(xiàn)刪瓣的情況,這里也有(設(shè)置 d=0.7λ)。

仿真程序如下:

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