相控阵天线的基本原理相控阵天线的方向图相控阵天线阵列的设计方向图仿真介绍源代码仿真结果
基本原理介绍
相控阵列天线是所组装阵列元件的集合，其中各单元的辐射模式与结构上相邻的天线的辐射模式相合成以形成被称为主瓣的有效辐射模式。 主瓣向期望的方向辐射能量，而天线的目的是在不需要的方向上形成零点和旁瓣。
该天线阵列被设计为最大化从主瓣辐射的能量，并将从旁瓣辐射的能量降低到可接受的水平。 可以通过改变提供给每个天线元件的信号的相位来控制辐射方向。 图1图示出了如何调节每个天线中的信号的相位并在线性阵列的目标方向上控制有效波束。 结果，阵列中的每个天线具有独立的相位和幅度设置，以形成期望的辐射方向图。
相控阵天线设计的另一个重要方面是阵列元件的间隔。 通过设置阵列元素的数量来确定系统目标后，物理阵列的直径在很大程度上取决于每个单元元素的大小限制，大约小于1/2波长。 这是因为可以防止栅瓣。 光栅相当于向无用方向放射的能量。
相控阵天线方向图相控阵天线是指通过控制阵列天线中辐射部的馈电相位来改变方向图形状的天线。
通过控制相位，可以改变天线方向性模式的最大方向性，以实现波束扫描的目的。 在特殊情况下，还可以控制副瓣的级别、最小值位置和总体方向图的形状。 例如，获取余割平方形的方向图，或者自适应控制方向图等。
采用机械方法旋转天线，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束扫描速度高。 其馈电相位通常由电子计算机控制，相位变化速度快(毫秒量级)，即天线方向图的最大值指向和其他参数变化快。 这是相控阵天线的最大特点。
相控阵天线的设计相控阵天线本身的设计主要是幅度、相位分布设计和单元阻抗设计。 阵列的大小取决于波束宽度最窄时的宽度值和副瓣的级别。 相位分布主要由光束的要求决定。 由于单元方向图和阻抗的限制，通常平面相控阵列的最大扫描范围为60圆锥，只需戴一个球盖透镜即可进行半球扫描。
为了只使方向图的最大值在空间上移动(扫描)，形成直线变化的相位分布即可。 此时，方向图的最大值方向与等位相垂直。 当使用数字移相器时，除了几个特殊角度通常无法获得精确的线性相位分布。 此时，有方向图的方向出现寄生副瓣，其大小与具体的相位分布规律有关。 为了满足特殊要求，需要采用有向图综合法，提前计算出所需阵面的位置分布。 例如，您可以将阵列面划分为几个区域，并将每个区域视为独立的阵列面来设计阵列的方向图。 这样，就可以得到同时存在于空间中的多个波束。 此外，还可以利用特殊的相位分布扩展方向图，形成馀割平方形的方向图。
为了简化馈电结构，一些相控阵天线是等宽的。 为了克服等幅分布时副阀水平高的缺点，可以采用密度加权。 也就是说，有源辐射单元在阵面上的分布是不均匀的，其分布密度有一定的规律变化。 在辐射单元的边缘放置不馈电的无源辐射单元，以改善辐射单元的阻抗特性。
相控阵天线辐射单元数量多，无功单元数在5%以下时，对阵列性能影响小，因此可靠性高。 在雷达中使用相控阵天线，波束控制的灵活性明显提高，因此可以制作多功能雷达，使一台雷达可以作为几种普通雷达。 随着微波集成电路技术的发展和新型移相器的出现，相控阵天线的成本正在下降，体积越来越小，重量也越来越轻。
方向图模拟在线阵列的方向图中显示了以下三种不同的生成方法：
源代码(函数)功能(得到8条线的方向图) )。 clear all； 全部关闭； () ) ) )参数设定) ) ) ) )。 %光速f=500e6； %信号频率lamda=c/f； %波长d=lamda/2； %数组元间距N=8； %数组元素数theta0=0； %波束指向角度bujing=0.1； theta=-90:bujing:90； %扫描角的取值范围n=[0:13360n-1] '； 列向量(() )、权重计算)、)、(，()、)、)、)、)、)、)、)、)、)、)、 (() ) ) )法1 ) ) (() ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。 %方向向量B1(p )=W'*V； %阵列单元功率叠加“共轭转置.”表示转置
endF1=abs(B1); % 取信号的模F1=20*log10(F1/max(F1));% 归一化%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 法2%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%for p=1:length(theta) % 扫描角取值范围 B2(p) =sum(exp(1j*2*pi*f*n*d*(sin(theta(p)*pi/180)-sin(theta0*pi/180))/c)); endF2=abs(B2);% 取信号的模F2=20*log10(F2/max(F2));%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 法3%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% for p=1:length(theta) % 扫描角取值范围 t(p)=pi/2*(sind(theta(p))-sind(theta0)); B3(p) =sin(N*t(p))/sin(t(p)); endF3=abs(B3); %取信号的模F3=20*log10(F3/max(F3));figure(1)plot(theta,F1,'-r*');hold on;plot(theta,F2,'-g^');hold on;plot(theta,F3,'-bo');grid on;xlabel('角度/度');ylabel('方向图');axis([-90 90 -50 0]);legend('法一','法二','法三'); 仿真结果