什么是阵列天线?

[拼音]：zhenlie tianxian

[外文]：antenna array

由许多相同的单个天线（如对称天线）按一定规律排列组成的天线系统，也称天线阵。单个天线的方向图不易控制，增益不高，其他参量往往也不能满足使用要求，所以在某些应用场合（例如雷达天线等）需要使用阵列天线。阵列天线的各组成天线单元应有一定的排列规律和馈电方式，以获得所要求的功能。

按单元排列可分为线阵和面阵。最常用的线阵是各单元的中心依次等距排列在一直线上的直线阵。线阵的各单元也有不等距排列的，各单元中心也可以不排列在一直线上，例如排列在圆周上。多个直线阵在某一平面上按一定间隔排列就构成平面阵，若各单元的中心排列在球面上就构成球面阵。

按辐射图形的指向可分为侧射天线阵、端射天线阵和既非侧射又非端射的天线阵。侧射天线阵是最大辐射方向指向阵轴或阵面垂直方向的天线阵。端射天线阵是最大辐射方向指向阵轴方向的天线阵。最大辐射方向指向其他方向的天线阵为既非侧射又非端射的天线阵。

按照功能可分为同相水平天线、频率扫描天线、相控阵天线、多波束天线、信号处理天线、自适应天线等。

阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和（矢量和）。由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。

图1为最简单的二元天线阵。把功率P馈给一个天线单元时，在天线最大辐射方向足够远(距离r)的A点产生场强E0，当把同样的功率馈给等幅同相二元天线阵（图1）时，每个天线单元得到一半功率，它们在A点各产生相同的场强


，则合成场强为


。也就是说，总馈电功率不变，而产生的场强却增大到原来的


倍，即天线阵的增益增大，与一个单元相比，辐射也较集中。上述结论是在认为两天线单元间相互没有影响时得出的，这只有当两单元相距很远时才能达到。天线阵的单元数越多，天线阵的增益就可能越高，当然天线阵的尺寸也就越大。

对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。

一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元的天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。

图2上部的四元天线阵的总方向图可用方向图相乘原理来求出。阵中各单元为等幅同相激励的半波天线。这样一个天线阵可以分为两个相同的子阵，单元1和2为一个子阵，这个子阵可以看成一个整体，即可用一等效单元来代替，这个等效单元处在左边的“×”点上，单元3和4为另一子阵，这个子阵也可用一等效单元来代替，这个等效单元处在右边的“×”点上。这两个等效单元又构成一个天线阵。于是利用方向图相乘原理就可以求得这天线阵的总方向图 (图2的下部)。其中等号左边第一个是单元的方向图，第二个是子阵(即等效单元)的方向图，第三个是子阵的阵的方向图。等号右边是这三个方向图的乘积，即阵的总方向图。其他平面内的总方向图可仿照上述步骤求得。这个方法可以推广到求更复杂天线阵的总方向图，只要这个复杂天线阵能分解为几个相同的子阵即可。