波束形成与智能天线资料..

]x(t )
3
阵列输出：
y(t ) [1 e
其中：
j ( B )
]x(t )
称为空间相差，是由电磁波空间波程差 引起的相位差。
B 称为阵内相差，是由阵内延迟单元延迟
引起的相位差
4
。 阵内相差 B 对应的波束指向为：
B
2
0
d sin B
天线阵列的幅度方向图为：
但由于阵元件接收到的信号经延迟单元相移π 后反相相加，因此信号正好抵消，成为波束的零点； 当入射波来自阵切线方向（π /2或3π /2）时， 由于两阵元间隔半个波长，因些，两阵元接收到的信号是反相的， 因此阵元件接收到的信号强度增加一倍，此时波束指向变成阵列的切线方向。
8
由此可见， 通过控制阵元发射 或接收到的信号间的相位 就可以改变阵列天线的波束指向。
2
5.3.1
二元相控阵天线
x(t) + y(t)
阵元1
阵元2
x(t+Δԏ)
延迟 B
x(t B )
阵列输出：
y(t ) x(t ) x (t B )
x(t ) x(t )e [1 e
j ( B )
j ( B )
B A( ) 2 cos( ) 2
5
B ) 天线阵列的幅度方向图： A( ) 2 cos( 2
d / 2, 分别为0和 时： 0 B - B 当 0 时， A( ) 2 cos( ) 2 cos B 2 2 将公式 = 2
12
由上式可知，大阵列（N很大）的均匀直线相控阵 天线的方向参数近似为抽样函数，其主要参数如 下： 1、波束指向：由公式
B
2

d sin B
得波束指向：
B arcsin B 2 d
2、波束宽度：
0.5
1 51 cos B Nd
第五章 关于波束形成理论与智能天线技 术
5.3 相位控制阵列天线 5.4 数字波束形成与自适应天线
5.3 相位控制阵列天线
基本原理：
通过控制信号在阵内的延迟 B以抵消来自不同方 向的信号在空间的延迟，以使各阵元间的信号能 够同相相加，从而获得波束指向和方向增益。
利用阵元的排列获得波束的形状，利用阵元间相 位的控制来控制器波束的指向。
因此，同样的天线阵列，采用不同的阵元，所获 得的方向图是不同的。 另外，利用元因子的方向函数，还可以在一定程 序上抑制相控阵天线出现的栅瓣。
18
5.3.3
相控阵天线的相位控制方法
无线电系统一般分为射频，中频和基带三大部分，其 中基带主要指数字基带。 对阵元相位的控制可以在这三个环节中的任一环节进 行，相应的将相位控制方法分为射频移相法，中频移 相法和数字基带移相法三种。
由描点法可画出上式所对应的二元相控阵的幅度方向图（见教材)
7
由二元相控阵天线原理框图：
阵元1 x(t) + 阵元2
在d=λ
0）
y(t)
x(t+Δԏ)
延迟 B B
x(t B )
/2的情况下，
当延迟单元引起的相差Δ φ B 为0时，相当于阵元接收的信号在阵内没发生延迟； 当Δ φ B 为π 时，当入射波来自阵法线方向（0或π ）时，两个阵元接收到的信号是同相的，
均匀直线相控阵天线是最为简单的相控阵天线。
对于一个实际的相控阵天线，影响其方向图的因素有： 阵元的排列与间隔 阵元间的相位关系 阵元的元因子
15
阵元的排列与间隔（d)： 空间相差：
B arcsin B 2 d
阵元的排列与间隔决定了阵列的空间相差，从而决 定了波束的形状。 阵元可排列为直线阵，圆阵，面阵或者共形阵。
0
d
(sin sin B )]
0
(sin sin B )] d
(代）
Sa[ N N
(sin sin B )] 0 （化抽样） d Sa[ (sin sin B )]
0
11
当N很大时，上式可近似为：
A
sin[ N sin[
阵无的间隔可均匀排列或非均匀排列。
16
阵元间的相位关系( B或B ):
B arcsin B 2 d
阵元间的相位关系决定了阵列的阵内相差，系 统通过控制阵元间的相位差就可以控制天线波 束的指向。
17
阵元的元因子：阵元的总方向函数是阵元的元因 子（方向函数 F )和阵列的阵因子（ A ）之积。
9
由5.2.1节公式5.16
y(t）（ 1 e
j
）x(t )
知： 由N个均匀排列在一条直线上的阵元组成的相 控阵天线的输出：
y (t ) x(t ) e
i 1
N
+j(i-1)( - B）
10
相应的幅度方向函数为：
A
sin[ N ( B ) / 2] = sin[( B ) / 2] sin[ N sin[ d
13
3、副瓣电平： 4、零点位置：
P0
F l
2 20lg (dB) (2l 1)
2 p d arcsin 2 sin B (第p个零点） 0 2 d N
5、方向增益：
GD N
14
d
0Hale Waihona Puke d(sin sin B )]
0
d
(sin sin B )]
sin[ N
(sin sin B )] 0 （x趋于0时， sin x x) d (sin sin B )]
0
N Sa[N
d
0
(sin sin B )]
0
d sin 代入上式得： A( ) 2 cos
sin
2
由描点法可画出上式所对应的二元相控阵的幅度方向图 （见教材）
6
当
B
时， A( ) 2 cos(
- 2
B ) 2 sin 2
2 sin 将公式 = d sin 代入上式得： A( ) 2 sin 0 2