阵列天线PPT课件

北大天线理论课件：第二章天线阵

第二章阵列天线单个天线的方向图较宽，增益和方向性也有限，为了得到较好的性能，常将多个单元天线组合在一起。

这种由若干个单元天线按一定的方式排列起来的辐射系统称为阵列天线（Antenna Array），构成天线阵的单元称为阵元。

阵元可以是半波振子、微带天线、缝隙天线或者其它形式的天线。

按照阵元中心连线轨迹，天线阵可以分成直线阵、平面阵、圆环阵、共形阵和立体阵。

实际的天线阵多由相似元组成。

所谓相似元，是指各阵元的类型、尺寸、架设方位等均相同。

天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。

只要调整好各单元天线辐射场之间的相位差，就可以得到所需要的、更强的方向性。

对于相似元组成的天线阵，影响方向图的因素有以下五点：1)阵的几何排列结构；2)阵元间的相对位置；3)阵元的激励幅度；4)阵元的激励相位；5)阵元的方向图。

§1二元阵（Two-Element Array ）1.1 二元阵的辐射场由两个阵元组成的天线阵称为二元阵。

假设两个相似元以间隔距离d 放置在y 轴上构成一个二元阵，阵元间电流关系为：ξj emI I 12=式中m 、ξ均是实数。

两个阵元远区辐射场可分别表示为：1),(60ˆ),(1111jkre f r I a E -=ϕθϕθθ 2),(60ˆ),(2222jkre f r I a E -=ϕθϕθθ天线阵的远区辐射场为各阵元辐射场的矢量和，即：),(),(),(21ϕθϕθϕθE E E+=对于相似元，远区辐射场的矢量方向相同，方向函数相同。

并且考虑到：θθθ≈≈21δcos 21d r r r =∆=-21r r ≈δ---r与阵轴之间的夹角得到观察点处的合成场为：[])1)(,(),(),(),(21121r r k j meE E E E -++=+=ξϕθϕθϕθϕθ如令δξξξψcos 21kd r k r r k +=∆+=-+=则有()()ψψϕθϕθϕθj jkrj mef reI meE E +=+=-1,60)1)(,(),(011式中ψ为天线Ⅱ相对于天线Ⅰ的相位差。

相控阵天线的计算方法课件

软件界面与操作
介绍仿真软件的界面布局以及基本操作，如模型的建立、材料属性的设置、边界条件的设定等，帮助用户快速上手。
参数设置与优化
指导用户如何设置仿真参数，如波长、阵元间距、相位延迟等，并根据仿真结果对参数进行优化，以提高天线的性能。
实验系统的搭建与测试
实验设备与器材
列出搭建实验系统所需的设备与器材，如天线阵列、信号源、功率放大器、接收机等。
进行优化设计，提高天线性能。
数据驱动
02
通过大量实验数据和仿真数据，训练人工智能模型，实现对相
控阵天线性能的预测和优化。
自动化设计
03
利用人工智能技术，实现相控阵天线的自动化设计，
混合阵列结构
结合不同类型天线（如偶极子、微带、波导等）的特点，设计出具有优异性能的混合阵列。
结果对比与验证
将仿真结果与实验结果进行对比，分析误差来源，验证仿真软件的准确性和可靠性。
改进建议与展望
根据实验结果，提出对相控阵天线性能的改进建议，以及对未来研究的展望。
05
CATALOGUE
相控阵天线计算方法的未来发展
人工智能在相控阵中的应用
人工智能算法
01
利用人工智能算法，如深度学习、神经网络等，对相控阵天线
算法分类
最优化算法主要包括梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等，这些算法在相控阵天线设计中都有广泛的应用。
自适应波束形成算法
概述
自适应波束形成算法是一种基于阵列的信号处理技术，通过调整阵列中各个元素的相位和幅度，
实现波束的最大化或最小化。
应用场景
自适应波束形成算法广泛应用于雷达、声呐、无线通信等领域，主要用于实现信号的定向接收和

阵列天线

切比雪夫多项式阵列
阵列单元个数无论奇偶，都可以写成 cosine 函数相加的形式，这和推导出的切比雪夫多项式具有很大的相似性，那么未知的阵列单元激励幅值就可以通过已知的切比雪夫多项式系数来近似确定。
切比雪夫多项式阵列
单元个数为2M或者2M+1，单元间距为d，第一旁瓣的旁瓣电平为R0，切比雪夫阵列的设计流程：
阵因子
2M
2M+1
阵因子
幅值分布关于原点对称，则偶数单元阵列的阵因子
奇数单元阵列的阵因子
AF 2 M an cos2n 1u
n 1
M
d AF 2 M 1 an cos2n 1u ，其中u cos n 1
M 1
N元非等幅均匀阵列
线阵实例 2: 常规端射阵
方向性系数：
线阵实例 2: 常规端射阵
线阵实例 3: 汉森-伍德亚德端射阵
为了提高常规端射阵的方向性系数，且不影响阵列的其他特性，汉森和伍德亚德提出了附加条件来提高方向性系数：
对于大型阵列， N足够大
具有比常规端射阵更高的方向性系数
线阵实例 3: 汉森-伍德亚德端射阵
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相控阵
• 相控阵是指由大量配相单元组成的阵列 • 每个单元的相位 ( 和幅度 ) 可变，借以控制波束方向，以及包括旁瓣的波瓣图形状 • 相控阵能瞬时形成波束，通过适当的馈电网络可以同时形成多个波束
相控阵
• 波束形成时，无需旋转天线阵列，因此不存在机械问题和惯性问题
• 在某固定频率或确定的频带宽度上实现波束控制的非频变性
5
二元阵列
忽略单元间互耦，远场电场值计算如下：
二元阵列
二元阵列

天线基本原理及常用天线介绍ppt课件

.
3、天线的工作频率范围(带宽)
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。
有几种不同的定义：一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。
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806~960MHz的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线，并且具备电调功能，既提高. 了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本
3G（1710～2170MHz）频段的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线，并且具备电调功能，既提高了. 产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本
峰值 - 3dB点
Peak - 3dB
10dB 波束宽度 - 10dB点
120° (eg)
峰值
- 10dB点
Peak - 10dB
15° (eg)
Peak
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即. 垂直面方向图
Peak - 10dB
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制下旁瓣抑制
.
8、方向图在移动组网中的应用
方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。
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天线的主要技术指标
天线匹配指标
驻波比隔离度
天线辐射特性指标
与国际接轨的天性辐射特性
增益
主瓣波束宽度
第一副瓣抑制
前后比
交叉极化比
轴向 ±30
波束效率
3dB 10dB
杂散因子
3dB 10dB
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≤1.4

微波与天线-N元天线阵 PPT课件

N (2m 1) ; m 1,2,3,... 2 2
第一旁瓣发生在m=1 即 ψ=±3π/N方向。
(4) 第一旁瓣电平
当N较大时有 1 1 1 1 2 0.212 N sin(3 / 2 N ) N 3 /(2 N ) 3
若以对数表示, 多元均匀直线阵的第一旁瓣电平为
In I0e j( n1)
N元均匀直线阵的辐射场由N个单元的辐射场叠加获得，即
e jkR1 e jkR2 j e jkRN j( N 1) E Em F0 ( , )[ e e ] R1 R2 RN
R1, R2 ,, RN 关系为：对远场区而言，
当Δ 很小时,
01

Nd
( )2 cos 1 , 所以端射阵的主瓣宽度为 2
2 Nd 显然, 均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵
的主瓣宽度。
显然, 均匀端射阵的主瓣宽度大于同样长度的均匀边射阵的主瓣宽度。 (3) 旁瓣方位
N 旁瓣是次极大值, 它们发生在 sin 2 1 处，即
2）零辐射方向阵方向图的零点发生在|A( )|=0 或
N m 2
m 1,2,3,...
处。显然, 边射阵与端射阵相应的以表示的零点方位是不同的。 3）主瓣宽度当N很大时, 头两个零点之间的主瓣宽度可近似确定。令
01 表示第一个零点, 则 01 =±2π/N。
(2) 端射阵

最大辐射方向在阵轴方向上 , 即 m=0 或π, ζ=kd(m =0) 或 ζ=kd (m =π), 也就是说 , 阵的各元电流沿阵轴方向依次滞后kd。可见 , 直线阵相邻元电流相位差ζ的变化 , 引起方向图最大辐射方向的相应变化。如果ζ随时间按一定规律重复变化 , 最大辐射方向连同整个方向图就能在一定空域内往返运动 , 即实现方向图扫描。这种通过改变相邻元电流相位差实现方向图扫描的天线阵, 称为相控阵。

第5-2 对称振子天线,阵列天线

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相控阵若控制阵元电流相位使之在0到kd之间若控制阵元电流相位使之在到之间变化, 变化,则阵因子最大值的方向也在变 (等于最大方向在扫描). 等于最大方向在扫描).
β =0
β =kd
四个无方向性点源排列如图, 例:四个无方向性点源排列如图,阵子的间距为 d = l /4 求天线阵的方向性( 平面的方向图). 求天线阵的方向性(XOY,XOZ平面的方向图). , 平面的方向图解: d = l /4;
2
半波振子天线: 半波振子天线: D =1.65
D ~ l / l 曲线
§5.5 天线阵列与方向图乘积定理
M
1.方向图乘积定理 .
二元阵列天线,其阵元的结构及二元阵列天线,其阵元的结构及尺寸相同.两元的距离为距离为d, 尺寸相同.两元的距离为 ,电流分别为I 分别为 1和I2,
"1"
r1
α d "2"
方向图乘积定理: 方向图乘积定理: f array ( a ) = F ( q ) f a ( a ) 应用方向图乘积定理时应注意: 应用方向图乘积定理时应注意: 阵元为相似元; 阵元为相似元; 阵元的方向性函数F(θ ) ,其自变量不一定等阵元的方向性函数 ( 如对称振子, 于α ,如对称振子,其θ为振子轴与射线之间的夹角, 为射线与阵轴的夹角;( 的夹角, 而α为射线与阵轴的夹角;(θ 不一定等于α ) 方向图乘积定理适用于多元阵; 方向图乘积定理适用于多元阵; 如果F( 为理想点源, )=f 如果 (θ )=1 ,为理想点源,则farry(α)= a (α)
y = b + kd cos a =
f 0 (q ) = 1
0.1λ的对称振子 λ 的方向图 0.5λ的对称振子 λ 的方向图 l =0.25λ 1λ的对称振子 λ λ 2λ的对称振子 λ 的方向图的方向图 l =0.5λ λ l =1λ λ 1.25λ的对称振子 λ 的方向图 1.5λ的对称振子 λ l =0.625λ λ 的方向图 l =0.75λ λ

天线方向图ppt课件

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上面给出的方向图函数为对称振子的E面方向图函数；H面方向图在垂直于振子轴的平面内，即坐标示意图中的xy平面内，在该平面内(=90)的H面方向图函数为常数，即为一个圆。
从方向图函数的表达式可以看出，电流为正弦分布的对称振子的方向图函数不仅与空间
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a) 2l ≤ λ时的归一化方向图
(b) λ≤2l ≤2 λ时的归一化方向图
不同长度的对称振子二维极坐标归一化E面方向图
当2l=λ/4、λ/2 、3/4λ 和λ时的归一化E面方向图如图 (a)所示，作为比较，该图中也画出了2l<<λ的短天线(或元天线)的方向图。从图 (a)可以看出，长度不大于一个波长的对称振子的方向图，随着其长度增加，波瓣变窄，方向性增强。它们的H面方向图均为一个圆。
仿照上节的方法,将电流表达式代入到元天线的辐射场公式, 然后积分取绝对值,可得远区电场强度的振幅公式. 当l为半波长的奇数倍时,电场强度的振幅为
60Im
cos
l
2
cos
E
r0
sin
当l为半波长的数偶数倍时,电场强度的振幅为
60Im
sin
l
2
cos
E
r0
sin
代入
I I0e j z , 0 120
有 (2)作远区近似，可近似认为
dE

j 60 r
I0e j 'z sin e j r dz
r0//r , 有
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幅度近似为
原辐射场近似为 (3)求总场
r r0 z cos
r r0
e e e jr
1.主瓣宽度
指方向图主瓣上两个半功率点(即场强下降到最大值的0.707倍处或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点)之间的夹角。记为，主瓣宽度有时又称为半功率波束宽度或3dB波束宽度。

对称振子天线阵列天线共24页

M
由于两阵元有：
F1(a)=F2(a)=F(a)
“1”
“2”
d
z
对于阵元1在M点产生的场：
E 1= E 1 m F (a )= E 1 0 F (a )e -jk r 1
则阵元2在M点所产生的场为：
与电流成正比
E 2 = E 2 m F ( a ) = E 2 0 F ( a ) e - jkr2 = m E 1 0 e jb ? F ( a ) e - jkr2 = m E 1 0 e jb ? F ( a ) e - jk r1 + jk d c o s a m 鬃 E 1 0 F ( a ) e - jk r1 e jb ? e jk d c o s a = m E 1m F ( a ) e j(b + kd cos a ) = m E 1m F ( a ) e jy
对称振子
对称振子：由两根大小相同的导线或金属棒组成
对于开路线：电流分布
故对称振子的电流分布应有：
I
1.电流分布应为连续（除馈电点外，连续），振子终端应为电流节点。
2.由于开路，电流形成驻波分布，为正弦状态，每个周期的长度为一个波长。
3.电流分布对称。 4.两臂上相对应点的电流方向为同向。
对称振子的电流分布
Iz =ìïïíïïîIIm mssiinnaa((ll-+zz))
z? 0 z? 0
l =1l, 2l =2l
l =0.6l，2l =1.2l
l =0.5l， 2l =1l 全波振子
l =0.25l，2l =0.5l 半波振子
l =0.05l， 2l =0.1l 电小天线
对称振子的方向图
F(q)=f(q)= 1 cos(klcosq)-coskl