均勻圓陣列參數分析

黃 珂

(西安電子科技大學電子工程學院，陜西 西安 710071)

由多個輻射元沿著圓環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構特性［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研究顯得尤為重要。

1 均勻圓陣列的方向圖函數

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

其中，In是位于φ=φn處得第n單元的激勵電流;αn是相應的激勵相位。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

根據表1和表2，發現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間浮動。

3 陣元數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 陣元數目對俯仰面方向圖特性的影響

表4 陣元數目對方位面方向圖的影響

根據表3和表4，發現陣元數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。當在陣元數目4≤N≤8時，第一副瓣電平有較大浮動，且副瓣特性差。而當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，所以應當予以平衡考慮。而陣元數目對陣列特性影響很小，所以只需要取能滿足設計需求的最小值即可。

［1］呂善偉.天線陣綜合［M］.北京:北京航空學院出版社，1988.

［2］李穎.均勻圓陣列天線系統性能分析［D］.長沙:國防科學技術大學，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計［J］.電子科技，2010，23(9):45 －47.