圓形陣列天線如何配置相位

㈠ 天線陣列的工作原理

天線陣的工作原理可以看成是電磁波（電磁場）的疊加。對幾列電磁波來講，當它們傳到同一區域時，按照疊加原理，電磁波將產生矢量疊加。疊加結果不僅與各列電磁波的振幅大小有關，而且與它們在相遇區間內相互之間的相位差有關。
我們知道，電磁波的相位組成包含三部分：時間相位，空間相位，初相位。就初相位來講，當發射天線和工作頻率確定後，其初相位就是確定的，而在幾列電磁波相遇的時刻，時間相位也是確定的，只有空間相位可能發生變化，因為組成天線陣列的各單元天線位置不同，各自發出的電磁波傳到同一接收區域時所走的空間路徑不同，這樣就會造成空間相位的數值大小不相同。正是由於位於不同位置上的發射天線所發出的電磁波傳到同一接收區域造成的空間相位出現差別，必然引起幾列電磁波在相遇區域形成同相位疊加，總場強增強，反相位疊加，總場強削弱。若總場強的增強和削弱區域在空間保持相對固定，就相當於用天線陣改變了單個天線的輻射場結構，這就是天線陣改變輻射場大小和方向性的原理。

㈡ 陣列天線與智能天線原理

19021110368 余昆

1. 陣列天線

陣列天線是一類由不少於兩個天線單元規則或隨機排列並通過適當激勵獲得預定輻射特性的特殊天線。陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和—矢量和由於各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨立調整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個天線無法實現的。方向圖原理：對於單元數很多的天線陣，用解析方法計算陣的總方向圖相當繁雜。假如一個多元天線陣能分解為幾個相同的子陣，則可利用方向圖相乘原理比較簡單地求出天線陣的總方向圖。

一個可分解的多元天線陣的方向圖，等於子陣的方向圖乘上以子陣為單元的天線陣的方向圖。這就是方向圖相乘原理。一個復雜的天線陣可考慮多次分解，即先分解成大的子陣，這些子陣再分解為較小的子陣，直至得到單元數很少的簡單子陣為止，然後再利用方向圖相乘原理求得陣的總方向圖。這種情況適應於單元是無方向性的條件，當單元以相同的取向排列並自身具有非均勻輻射的方向圖時，則天線陣的總方向圖應等於單元的方向圖乘以陣的方向圖。

2.智能天線

e( k )=d( k )-w H x( k )利用最小均方誤差法(MSE)求出

E[|e|2]=E[|d|2]-2w H r+w H Rxxw

相關性r定義為r=E[d*.x]=E[d*.(x s +x i +n)]

Rxx=E[xx H ]=Rss+R uu

Rss=E[xsxs H ]

R uu =R ii +R nn

對任意權值，可以求均方誤差關於權向量的梯度，由維納-霍普夫方程表示為

▽ w (E[|e|2])=2Rxxw-2 r

如果令參考信號d等於期望信號s，且s與所有干擾源無關，則可化簡相關性r，得r=E[s*.x]=S.a0

其中S=E[|s|2]，最優權值可表示為

WMSE=SR xx -1a0

各用戶的波達方向的估計演算法主要有延遲-相加法、capon法、MUSIC法等。運用矩陣定義

X=AS+N

其中S為波前信號，N為測量雜訊，X為天線陣元的輸出信號。式中A為陣元對信號源的響應函數。具體為

X=[ x 1(t)  x 2(t) …  x m(t)] T

S=[s1(t) s2(t) … sD(t)] T

N=[n1(t) n2(t) … n M (t)] T

延遲-相加法(經典波束形成法)的輸出功率與達波方向DoA的關系為

P cbf (q)=w H R uu w=a H (q)R uu a(q)

Capon法的陣列輸出功率與波達方向DoA的關系為

MUSIC法的陣列空間譜為

其中V為雜訊特徵向量矩陣。

㈢ 天線陣列的常見天線陣列的特性

（1）直排陣列
直排陣列是垂射陣列的一種類型，各天線元的軸沿著同一條直線放置。以半波偶極子直排陣列為例，所有天線元在陣列主軸方向上都沒有能量輻射，因此在這個方向上沒有信號；但在陣列的一側所有天線單元都有能量輻射（要考慮相位問題）。
直排陣列天線安裝時，通常是主軸垂直放置。它們在水平方向上是全方向性的，但是在垂直平面內的輻射角較小。因此，它們適合製作很好的移動無線系統基站天線。許多蜂窩無線系統和PCS系統的基站使用的是直排陣列。
（2）垂射陣列
將天線單元按多列同向排列，陣列的主軸與單元的主軸垂直，也能組成一個垂射陣列，安裝時使主軸垂直放置。次陣列中天線元雖然不是直排的，但仍然是同相位。與直排陣列不同的是它們的極化方式。以偶極子天線陣列為例，相鄰天線元間距為半個波長，並且饋線交叉連接。直排陣列是垂直極化天線，而垂射陣列是水平極化的。
（3）端射陣列
以偶極子天線為例，將上述垂射陣列中各相鄰天線元的饋線交叉連接改為平行連接，使得與每個天線元前後相鄰的兩個天線的相位差為180度，因此來自一個天線元的輻射在垂射方向上與相鄰的輻射抵消，在離開天線端點的方向上，來自天線元的所有輻射將疊加起來。這種天線安裝一般使其主軸水平，並使其輻射處於一個方向上。這種天線的極化方向取決與所使用天線單元的極化方向。
（4）繞桿式天線
以偶極天線元為例，繞桿式天線在水平面內獲得全向的性能，並且極化方式是水平的。偶極天線的饋電相位之差是90度。
繞桿式天線經常用於FM廣播接收，在這種應用中，繞桿式天線不需要轉子就可以在各個方向上表現出合適的性能。
（5）對數周期偶極天線陣列
這種天線的陣元是偶極天線，其中最長的偶極天線元的長度是最低工作頻率的半個波長，最短的天線元長度則小於最高工作頻率的半個波長。平行饋線與天線的窄端相連，功率可由交叉連接的網路饋電到其他偶極天線。
八木-宇田天線陣列是最為常用的無源天線陣列類型。它具有一個被驅動的天線元，該天線元後面有一個反射器，前面有一到多個導向偶極天線。反射器的長度略長於半個波長，而導向偶極天線的長度略短於半個波長。各天線元間的間隔不盡相同，但一般都約為0.2個波長。

㈣ 陣列天線的工作原理

陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和（矢量和）。由於各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨立調整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個天線無法實現的。
圖1為最簡單的二元天線陣。把功率P饋給一個天線單元時，在天線最大輻射方向足夠遠(距離r)的A點產生場強E0,當把同樣的功率饋給等幅同相二元天線陣（圖1）時，每個天線單元得到一半功率，它們在A點各產生相同的場，則合成場強。也就是說，總饋電功率不變，而產生的場強卻增大到原來倍,即天線陣的增益增大，與一個單元相比，輻射也較集中。上述結論是在認為兩天線單元間相互沒有影響時得出的，這只有當兩單元相距很遠時才能達到。天線陣的單元數越多，天線陣的增益就可能越高，當然天線陣的尺寸也就越大。