相控阵天线设计实践

相控阵天线设计实践2023.06.202、线阵理论分析及设计相控阵天线：通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。

侧射阵/边射阵：最大辐射方向与阵轴垂直（激励信号相位差α=0）；阵轴指各馈源馈电点的连线；

端射阵：最大辐射方向与阵轴平行（激励信号相位差α=-kd）；阵列分析三大要素：阵元幅度阵元相位阵元间距均匀直线阵数学分析：

（1）各相邻阵元的间距相等；

（2）各单元天线的电流振幅相等；

（3）阵元具有等差相移；设计阵因子时为何不用原始方向性函数而是要用归一化方向图函数？？因为实际需要用归一化方向图函数进行指标分析：主副瓣电平比；

2.1非均匀直线阵–通过调节各阵元的幅度、相位以及阵元间距来实现波束赋形和控制副瓣电平；非均匀直线阵模式：1）不等幅非均匀直线阵；2）不等间距非均匀直线阵；3）非均匀递变相位直线阵；2.1非均匀直线阵–通过调节各阵元的幅度、相位以及阵元间距来实现波束赋形和控制副瓣电平；非均匀直线阵模式：1）不等幅非均匀直线阵；2）不等间距非均匀直线阵；3）非均匀递变相位直线阵；2.3切比雪夫非均匀直线阵切比雪夫分布型非均匀阵列：阵元间距大于或等于半个波长的边射阵获得最优方向图的一种算法，本质是天线阵列中阵元的幅度分配算法；1）在可见空间中有足够多的副瓣，副瓣幅度是相等的2）在相同副瓣电平和相同阵列尺寸下主瓣最窄，为最佳阵列；3）单元数较多时，阵列量端单元激励幅度跳变大，使馈电困难4）非均匀递变相位直线阵；实例：间距为d，N=10，主副瓣电平比26dB(即等电平副瓣-26db）的切比雪夫边射阵（即α=0）

实例：间距为d，N=10，主副瓣电平比26dB(即等电平副瓣-26db）的切比雪夫边射阵（即α=0）

切比雪夫推导式

切比雪夫递推公式：Tm+1(x)=Tm-1(x)T0(x)=cos(0)=1T1(x)=cos(u)=xT2(x)=cos(2u)=2x2-1T3(x)=cos(3u)=4x3-3xT4(x)=cos(4u)=8x4-8x2+1T5(x)=cos(5u)=16x5-20x3+5xT6(x)=cos(6u)=32x6-48x4+18x2-1T7(x)=cos(7u)=64x7-112x5+56x3-7xT8(x)=cos(8u)=128x8-256x6+160x4-32x2+1T9(x)=cos(8u)=256x9-5764x7+432x5-120x3+9x2.4泰勒分布非均匀直线阵

2.4泰勒分布非均匀直线阵

3、面阵分析综合面阵原理–各阵元幅度、相位及阵元间距的设计优化

4、微带阵元微带阵元设计

微带阵元设计微带阵元边沿阻抗优化：进行阵列设计时，阵元的边沿阻抗控制在实部100~130欧姆以内，虚部接近0，且|x|<5；阵元边沿阻抗优化方法：1）边沿阻抗由贴片的长(L，粗调)和宽(W，微调)决定，通过调整长度和宽度优化边沿阻抗；2）采用边馈馈电结构（不常用）；3）增加缝隙，采用插入式边馈馈电结构；设计中使用HFSS波端口的De-embedded功能，分析给出设计的微带天线馈电处端口阻抗——阻抗实部处于自激振荡点（设计频率），虚部接近0；行路难（其一）金樽清酒斗十千，玉盘珍羞直万钱。