概述
天線在通信、廣播、電視、雷達和導航等無線電系統中被廣泛的套用，起到了傳播無線電波的作用，是有效地輻射和接受無線電波必不可少的裝置。
陣列天線的定義：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。
就目前天線通信知識和技術的迅速發展，以及國際上對天線的諸多研究方向的提出，都促使了新型天線的誕生。陣列天線就是研究的一種方向,所謂陣列天線不是將簡單的將天線排成我們所熟悉的陣列的樣子,而是它的構成是陣列形式的.就發射天線來說,簡單的輻射源比如點源,對稱振子源是常見的構成陣列天線的輻射源.它們按照直線或者更複雜的形式,根據天線饋電電流,間距,電長度等不同參數來構成陣列,以獲取最好的輻射方向性.這就是陣列天線的魅力所在,它可以根據需要來調節輻射的方向性能.由此產生出了諸如現代移動通信中使用的智慧型天線等.我相信,在不久的將來,這些高技術含量的天線將會帶給我們同樣高質量的通信環境.
分類
陣列天線按單元排列可分為線陣和面陣。最常用的線陣是各單元的中心依次等距排
列在一直線上的直線陣。線陣的各單元也有不等距排列的，各單元中心也可以不排列在一直線上，例如排列在圓周上。多個直線陣在某一平面上按一定間隔排列就構成平面陣，若各單元的中心排列在球面上就構成球面陣。
按輻射圖形的指向可分為側射天線陣、端射天線陣和既非側射又非端射的天線陣。側射天線陣是最大輻射方向指向陣軸或陣面垂直方向的天線陣。端射天線陣是最大輻射方向指向陣軸方向的天線陣。最大輻射方向指向其他方向的天線陣為既非側射又非端射的天線陣。
按照功能可分為同相水平天線、頻率掃描天線、相控陣天線、多波束天線、信號處理天線、自適應天線等。
相乘原理
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。
陣列天線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
天線陣的方向圖。這就是方向圖相乘原理。一個複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。
圖2上部的四元天線陣的總方向圖可用方向圖相乘原理來求出。陣中各單元為等幅同相激勵的半波天線。這樣一個天線陣可以分為兩個相同的子陣，單元1和2為一個子陣，這個子陣可以看成一個整體，即可用一等效單元來代替，這個等效單元處在左邊的“×”點上，單元3和4為另一子陣，這個子陣也可用一等效單元來代替，這個等效單元處在右邊的“×”點上。這兩個等效單元又構成一個天線陣。於是利用方向圖相乘原理就可以求得這天線陣的總方向圖 (圖2的下部)。其中等號左邊第一個是單元的方向圖,第二個是子陣(即等效單元)的方向圖,第三個是子陣的陣的方向圖。等號右邊是這三個方向圖的乘積，即陣的總方向圖。其他平面內的總方向圖可仿照上述步驟求得。這個方法可以推廣到求更複雜天線陣的總方向圖，只要這個複雜天線陣能分解為幾個相同的子陣即可。
平面反射陣列天線研究
本文對平面反射陣列天線進行了研究，設計了一種平面微帶反射陣單元，該 單元結構為矩形貼片、開耦合縫的接地板、微帶線的組合形式。據此單元設計了 一個9單元的小型平面微帶反射陣原型。測試結果表明這種單元可以實現0度至20 度方向的波束掃描，且結構簡單易於實現，具有較高的工程套用價值。 論文的內容安排如下： 第一章 緒論，本章主要介紹論文選題背景和研究意義；並簡單介紹了平面
微帶反射陣的發展由來和套用前景；最後，指出了本文的主要工作。 第二章 平面微帶反射陣的原理及研究現狀，首先簡單介紹了微帶反射陣的
基本原理；然後並對微帶反射陣的效率及頻寬進行了分析；最後介紹了平面微帶 反射陣的發展現狀並對實現的方法進行了介紹。 第三章 主要介紹平面微帶反射陣用到的基本理論，首先叢陣列分析出發，
給出了如何根據波束要求計算每個陣列單元的延遲相位；然後介紹了針對縫隙耦 合單元的弗洛蓋模分析方法，利用該方法可以得到每個區域反射波與入射波的相
第一章 緒論
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位關係。 第四章 平面微帶反射陣的設計，首先對縫隙耦合微帶天線進行了仿真，研
究了其駐波特性和輻射方向圖特性；然後將其作為平面反射陣單元進行仿真，得 到不同饋線長度對應的相移特性；最後設計了一款由前述單元組成的3×3平面反 射陣，可分別得到00，100，200的波束掃描。 第五章 第六章 介紹了微帶反射陣天線中的關鍵技術與最新的研究方向。 結束語 對全文的工作加以總結，並指出了文中尚未解決、需要改
進和進一步研究的問題。
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平面反射陣列天線研究
第二章 平面微帶反射陣的原理及研究現狀
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第二章
平面微帶反射陣的原理及研究現狀
2.1 微帶反射陣基本原理
微帶反射陣天線由微帶陣列和饋源構成，如圖1-6所示。假設饋源距反射陣足 夠遠，從饋源入射到陣元上的電磁波可近似為平面波。假設當電磁波入射到第 uuur i 個陣元之後，該陣元反射出來的波相位延遲了ψ mn 度， Rmn 、 R 0 分別為入射波與 uuur i i 反射波向量，如圖2-1所示。令 Rmn 為向量 Rmn 的模， k = 2π / λ ， λ 為電磁波在自 由空間的工作波長， mn 為電磁波從饋源出發經第 mn 陣元反射後到達與 R 0 垂直的 Φ 平面的相位變化，則
uuur i i Φ mn = k ( Rmn − Rmn ⋅ R 0 ) + ψ mn (2-1)
令 ∆Φ mn = Φ mn − Φ 00 。當 ∆Φ mn = 2iπ 時，反射陣的反射波指向於 R 0 方向，m、n、
i 均為正整數或0。
式(2-1)表明，只要控制第mn個陣元的相位延遲ψ mn ，便可以使微帶反射陣的 反射波主波束指向某個特定的方向 R 0 。
平面反射陣列天線研究
2.2 微帶反射陣的輻射效率與頻寬
微帶反射陣最重要的兩個性能指標是輻射效率和工作頻寬。與拋物面天線一 樣，影響微帶反射陣天線輻射效率的兩個主要因素為口徑照射效率（Aperture Illumination Efficiency）和饋源溢漏效率（Feed Spillover Efficiency）。口徑照射效 率即陣列口徑面上場分布所決定的孔徑利用率，當場均勻分布時口徑照射效率為 100%。溢漏效率是陣列口徑面上接收的能量與饋源輻射的總能量之比。與拋物面 天線相比，微帶反射陣的輻射損耗還包括陣元的再輻射損耗，即微帶貼片的損耗。 微帶反射陣的工作頻寬主要決定於以下兩方面因素：微帶貼片單元的頻寬和 空間相位延遲差（Differential Spatial Phase Delay）的頻率回響。對於採用普通薄介 質基板的微帶貼片，單元的工作頻寬只有3%左右。為了增加工作頻寬，可以使用 較厚的介質作基板，或者採用多層貼片的結構形式。陣元間距對微帶反射陣工作 頻寬性能的影響表現在：當頻率降低時，陣元間距的電長度變小，陣元之間的互 耦將會變大，造成陣列性能的惡化；當頻率增加時，陣元間距的電長度變大，造 成方向圖中出現不需要的柵瓣。但是陣元間距的影響在較寬頻帶內不是很大，計 算和實驗表明，在30%（
常用的方法是採用雙層（或者 多層）陣列單元。圖5-2表示的是雙頻雙圓極化環形貼片反射陣示意圖。
第五章 微帶反射陣天線中的關鍵技術與最新的研究方向
圖5-2 雙頻雙圓極化環形貼片反射陣示意圖 (a)反射陣示意圖 (b)雙層結構示意圖
4.避免饋源遮擋效應 所謂饋源遮擋效應是指經過反射後的波束被置於反射陣前方的饋源散射和吸
收，從而使得反射陣的增益降低。饋源遮擋主要由兩部分造成，一是饋源本身的 物理結構對反射波的散射； 二是饋源作為天線對來波的再吸收。 因此， 為了避免(或 者減小)饋源遮擋，應儘量減小饋源橫截面的物理尺寸、並減小饋源對反射波的吸 收。最常用的方法是採用偏饋（Offset Feed），即饋源不置於反射陣的正上方， 饋源與主波束不在同一個方向上，從而避免了交叉極化電平。
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平面反射陣列天線研究
5.2 微帶反射陣最新的研究方向
1. 有源微帶反射陣 微帶反射陣天線與積體電路技術相結合以實現某些特殊功能是反射陣研究的 新課題之一，所謂有源反射陣是指集成有源部件的微帶反射陣。近年來倍受重視 且被廣泛研究的是在單元上載入功率放大器的有源反射陣，它能夠提高天線的接 收靈敏度，而且能夠降低單元的損耗 2. 反射陣方向性參量的最佳化 在平面微帶反射陣中，反射陣參量的最佳化目標通常有最大口徑效率、最大帶 寬、最小交叉極化電平及最小副瓣電平等。這些參量往往相互影響相互制約，如 何設計反射陣單元的結構形式、排列方式、柵格周期及整個反射陣的結構，以使 得反射陣實現最優的性能成為國內外學者研究的一個熱點。 3. 採用電磁帶隙（PBG 或者 EBG）結構 PBG 或者EBG 結構是一種材料周期變化的結構，它能夠抑制某個頻帶內電 磁波在材料中的傳播。利用這個性質，將PBG/EBG 結構套用在天線系統中能夠抑 制表面波傳播所致的旁瓣輻射，從而改善天線的輻射性能。文獻中採用接地板 蝕刻縫隙的PBG 結構代替均勻接地板，能夠獲得2.5dB 的額外增益。將PBG/EBG 與天線相結合是未來微帶反射陣研究的一個新的方向。 4. 與新材料相結合具有可摺疊（Folded）等性能的平面微帶反射陣研究 隨著新技術的不斷發展以及新材料的不斷出現，與新材料相結合已經成為微 帶反射陣研究的一個新的方向。而且平面微帶反射陣也面臨著一些新的挑戰來 滿足現實的一些新的需求，如節省空間，減少重量等。近年來出現了一些具有可 摺疊（Folded）等性能的平面微帶反射陣。如何與新的材料相結合且具有可摺疊 （Folded）等性能的平面微帶反射陣研究已經引起了國內外許多學者的極大關注。
