天線陣列,也可稱為相控陣列,是由兩個或更多個天線組成的一組天線。這些天線通過將訊號相互組合,從而實現比單個天線更高的效能。天線陣列可作用提高整體總增益,實現分集接收,抵消干擾,調至特定朝向,測量輸入訊號的**方向,以及最大程度地增大訊號干擾雜訊比(sinr)。陣列天線通常由乙個以上的偶極子組成,但也可由有源振子構成。陣列中的天線振子各自單獨輻射,所有振子的輻射相加後形成具有高增益、高方向性、高效能,且損耗降至最低的輻射波束。與偶極子類似,有源振子同樣既可用作發射機,也可用作接收機。當與傳輸線連線時,有源振子直接從傳送裝置獲取電能,或者作為接收機,將接收的電能直接傳輸給接收裝置。陣列天線的應用領域包括衛星通訊、無線通訊、雷達通訊以及天文學研究。
天線陣列型別
天線陣列可依據輻射方向圖及所採用的振子型別進行分類。當寄生振子的放置位置與有源振子之間的距離近至足以發生耦合時,該寄生振子的相應驅動器將產生最大的發射輻射量。能夠增強來自驅動器的電力的寄生振子稱為引向器,能最大程度提高射向有源振子的輻射能量的寄生振子稱為反射機。當天線陣列內的所有振子均為有源振子時,該陣列也稱有源陣列或連線陣列。有趣的是,陣列中一旦含有乙個或多個寄生振子,則整個系統便稱為寄生陣列。多元陣列可依據其方向性分類,例如,在相反兩個方向上輻射的陣列稱為雙向陣列,僅在乙個方向上輻射的陣列則稱為單向陣列。
一、有源陣列
共線陣列
共線陣列為一種含有兩個或多個半波偶極子的單向高增益天線,這些偶極子頭尾相接排列於同一條直線或軸線上,從而形成一種平行或共線結構。此類陣列的主要目的在於增大輻射功率,並通過避免其他方向上的功率損耗而實現高方向性波束。共線陣列天線的優點包括提高方向性並降低功率損耗。
垂射陣列
垂射陣列為一種通過在特定方向上輻射電磁波而提高發射效能的雙向陣列。此類陣列的設計陣元包括兩個或更多個半波偶極子,所有偶極子尺寸相同,且沿同一直線或軸線等間距分布,進而形成同相同源的共線點。垂射陣列天線的輻射方向圖與上述軸線垂直,輻射波束較窄,增益較高。
端射陣列
與垂射陣列類似,端射陣列也採用相隔半個波長的兩個半波偶極子,並具有雙向輻射方向圖。與垂射陣列相比,端射陣列的波束寬度更窄,增益更低,方向性更高。端射陣列的輻射方向平行於陣列平面且垂直於振子,而振子的輻射方向朝向陣列末端,也就是說,陣列輻射方向與振子輻射方向一致。
二、寄生陣列
八木宇田陣列
家庭電視接收中最常用的天線,具有高增益和高方向性的特點。此類天線具有多個導向器,可通過導向器的設定方式提高天線方向性。八木宇田天線的缺點在於易受雜訊和環境大氣影響。
對數週期陣列
對數週期陣列天線的阻抗為頻率的對數週期函式。與八木宇田天線類似,對數週期天線的優點在於能夠在所需工作頻率範圍內保持恆定的輻射電阻、駐波比、增益及方向性比等特性。對數週期天線包括平面對數週期天線、梯形對數週期天線、齒形對數週期天線、v形對數週期天線、縫隙對數週期天線、偶極對數週期天線以及lpda(對數週期偶極陣列)等型別。
繞桿式陣列
此類天線的基本結構為彼此成直角放置,且同相饋電的兩個完全相同的半波偶極子。將多個繞桿式天線沿垂直軸線堆疊後,可提高增益,該結構稱為堆疊陣。繞桿式天線的工作模式分為正常和軸向兩種,不同工作模式下的極化方式不同。在正常模式下,天線輻射波為水平極化,極化方向垂直於天線軸。在軸向模式下,輻射波則為環繞天線軸的圓極化波。
超繞杆陣列
超繞杆陣列即所謂的蝙蝠翼天線,其中,繞桿式天線內的偶極振子由4塊平板代替,單根繞杆上可設定1到8個堆疊陣。此類陣列的優點在於增益和方向性優於普通繞桿式天線,但同時存在一定的功率損耗。
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