黃 珂

(西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

由多個輻射元沿著圓環(huán)均勻排列而組成的平面陣成為均勻圓陣列［1］。與線陣、相控陣相比，對于均勻圓陣列天線的研究起步較晚。雖然可以借鑒和參考一些相對成熟的，基于線陣或者相控陣的分析和綜合方法，但均勻圓陣列的特殊結(jié)構(gòu)特性［2］決定了這些方法不能直接被移植。因此，對于均勻圓陣列的基礎(chǔ)研究顯得尤為重要。

1 均勻圓陣列的方向圖函數(shù)

設(shè)有N個各向同性輻射元沿著半徑為a的圓周排列而構(gòu)成了圓環(huán)陣，如圖1所示。圓環(huán)陣位于xy平面上。把每個輻射元對遠區(qū)場點的貢獻疊加就可以求得此圓環(huán)陣的遠場方向圖函數(shù)［3］

其中，In是位于φ=φn處得第n單元的激勵電流;αn是相應(yīng)的激勵相位。如果主瓣最大波束指向為(θ0，φ0)，則第n單元的激勵相位應(yīng)選為

圖1 均勻圓陣列

其中

2 陣列半徑對陣列方向圖的影響

陣列工作頻率f=1.35 GHz，λ為工作波長，陣元數(shù)目N=8，不失一般性，假定陣列最大波束指向為θ=20°，φ =30°，則每個陣元的激勵相位可由式(2)，式(3)得出，每個陣元等幅激勵?，F(xiàn)在分別令陣列半徑 a=0.75 λ，a= λ，a=1.25 λ，所得陣列俯仰面和方位面方向圖分別如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3可以初步看出隨著半徑的增加，陣列主瓣寬度逐漸減小，第一副瓣電平變化不大。為更深入地研究這種變化，在0.5λ～2λ區(qū)間取更多值，計算陣列的半功率波束寬度和第一副瓣電平。

表1 陣列半徑對俯仰面方向圖特性的影響

表2 陣列半徑對方位面方向圖特性的影響

根據(jù)表1和表2，發(fā)現(xiàn)隨著陣列半徑的增加，在俯仰面和方位面半功率波束寬度都在逐漸減小，并且增加的幅度在逐漸減小。而在俯仰面，第一副瓣電平不隨陣列半徑的變化而變化，在方位面也只是在很小的區(qū)間浮動。

3 陣元數(shù)目對陣列方向圖的影響

陣列工作頻率f=1.35 GHz，λ為工作波長，N為陣元數(shù)目，同樣，不失一般性，這里假定陣列最大波束指向為θ=20°，φ=30°，各陣元等幅激勵，激勵相位由式(2)和式(3)可以得出。陣列半徑a=λ，分別令N=4，N=8，N=16，所得陣列俯仰面和方位面方向圖分別如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可以N=8和N=16時方向圖基本重合，但與N=4時不同，為更深入研究這種變化，在N=4到N=64區(qū)間取更多值，計算陣列俯仰面與方位面的半功率波束寬度和第一副瓣電平。

表3 陣元數(shù)目對俯仰面方向圖特性的影響

表4 陣元數(shù)目對方位面方向圖的影響

根據(jù)表3和表4，發(fā)現(xiàn)陣元數(shù)目無論是在俯仰面和方位面，對半功率波束寬度都沒有影響。當(dāng)在陣元數(shù)目4≤N≤8時，第一副瓣電平有較大浮動，且副瓣特性差。而當(dāng)N≥8時，俯仰面與方位面的第一副瓣電平都不再變化，均為－7.9 dB。

4 結(jié)束語

通過以上的研究，可知陣列半徑對于陣列半功率波束寬度影響較大，陣列半徑越大，半功率波束寬度越小。但隨著半徑的增加，陣列所占空間增大，不利于與移動載體共形，所以應(yīng)當(dāng)予以平衡考慮。而陣元數(shù)目對陣列特性影響很小，所以只需要取能滿足設(shè)計需求的最小值即可。

［1］呂善偉.天線陣綜合［M］.北京:北京航空學(xué)院出版社，1988.

［2］李穎.均勻圓陣列天線系統(tǒng)性能分析［D］.長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2004.

［3］汪茂光，呂善偉，劉瑞祥.陣列天線分析與綜合［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1987.

［4］段鵬輝，鄭會利.陣列天線的切比雪夫方向圖綜合［J］.電子科技，2009，22(1):5 －8，16.

［5］張明民，鄢澤洪.圓極化微帶陣列天線的設(shè)計［J］.電子科技，2010，23(9):45 －47.