陣列天線理論與工程應用

引言1

第1章直線陣列的分析3
1.1電流源的輻射場3
1.2直線陣列4
1.2.1並排振子直線陣5
1.2.2共軸振子直線陣6
1.2.3直線陣陣因子的簡單導出方法7
1.3均勻直線陣的分析8
1.3.1主瓣最大值及最大指向8
1.3.2側射陣、端射陣與掃描陣8
1.3.3可見區與非可見區9
1.3.4柵瓣及不出現柵瓣的條件9
1.3.5均勻側射陣、掃描陣及端射陣的方向圖10
1.3.6零點位置11
1.3.7主瓣零點寬度（BW）012
1.3.8主瓣寬度（BW）h12
1.3.9副瓣位置和副瓣電平14
1.3.10方向性系數D15
1.3.11均勻直線陣方向性系數的另一種計算方法16
1.3.12相關問題的補充18
1.4強方向性端射陣20
1.4.1漢森—伍德亞德條件21
1.4.2強方向性端射陣的方向性系數22
1.4.3強方向性端射陣的其他參數23
1.5用Z變換法分析陣列24
1.5.1Z變換與陣因子函數25
1.5.2Z變換法分析陣列27
1.6謝昆諾夫單位圓輔助分析陣列36
1.6.1謝昆諾夫單位圓36
1.6.2均勻側射陣的分析38
1.6.3低副瓣陣列39
1.6.4賦形波束陣列41
1.7不均勻陣列的分析43
1.7.1不等間距陣列43
1.7.2不均勻相位遞變陣列48
1.8單脈沖陣列55
1.8.1和、差方向圖陣因子57
1.8.2和、差方向性系數58
1.8.3差方向圖主瓣和副瓣最大值位置58
1.8.4單脈沖雷達天饋系統簡圖59
1.8.5實例分析59

第2章直線陣列的綜合62
2.1道爾夫—切比雪夫綜合法62
2.1.1用單位圓說明實現低副瓣陣列的概念62
2.1.2切比雪夫多項式63
2.1.3陣因子多項式65
2.1.4切比雪夫陣列的設計66
2.1.5單元間距的改變對切比雪夫陣列方向圖的影響68
2.1.6切比雪夫陣列激勵幅度分布的通用綜合公式69
2.1.7副瓣電平對切比雪夫陣激勵幅度、錐削效率和方向圖的影響70
2.1.8切比雪夫陣列的波束寬度和方向性系數72
2.1.9利用切比雪夫函數的根來綜合陣列75
2.2功率方向圖和激勵系數77
2.2.1功率方向圖函數及其y多項式展開表示77
2.2.2由方向圖零點展開功率方向圖函數及陣列函數78
2.2.3用y多項式功率方向圖函數表示的方向性系數79
2.2.4實例及分析80
2.2.5用功率方向圖的y多項式綜合等副瓣陣列83
2.2.6綜合結果參數之間的幾個關系式86
2.2.7無副瓣陣列87
2.3傅里葉變換法89
2.3.1連續線源的綜合90
2.3.2離散線陣的綜合92
2.4伍德沃德—勞森抽樣法93
2.4.1連續線源的綜合93
2.4.2離散線陣的綜合96
2.5泰勒綜合法101
2.5.1線源的等副瓣理想空間因子101
2.5.2泰勒空間因子104
2.5.3線源的泰勒分布107
2.5.4泰勒陣列方向圖的主瓣寬度和不出現柵瓣的最大間距109
2.5.5泰勒陣列的主要參數111
2.5.6泰勒綜合法的步驟111
2.5.7副瓣電平對泰勒陣列激勵幅度分布、錐削效率和方向圖的影響112
2.5.8單元間距的改變對泰勒陣列方向圖的影響114
2.5.9泰勒陣列的設計准則115
2.5.10泰勒綜合法設計實例116
2.5.11泰勒陣列和切比雪夫陣列的比較118
2.6變形泰勒方向圖的綜合120
2.6.1變形泰勒空間因子120
2.6.2能產生變形泰勒方向圖的連續線源電流分布121
2.7差方向圖的貝利斯綜合123
2.7.1貝利斯差方向圖函數124
2.7.2線源的貝利斯分布126
2.7.3線源貝利斯分布的離散127
2.7.4貝利斯陣列的陣因子128
2.7.5貝利斯陣列差方向圖的主瓣零點寬度及不出現柵瓣的最大間距130
2.7.6單元間距d的改變對貝利斯陣列方向圖的影響130
2.7.7不同副瓣電平的貝利斯陣列激勵幅度和方向圖131
2.8Villeneuve陣列綜合法133
2.8.1用方向圖零點表示切比雪夫陣列的陣因子133
2.8.2Villeneuve方向圖函數的構造134
2.8.3離散直線陣奇數陣列的綜合公式135
2.8.4離散直線陣偶數陣列的綜合公式136
2.8.5采用Villeneuve陣列綜合實例137
2.9同時實現和、差方向圖的直線陣列139
2.9.1采用一種對稱激勵分布的單脈沖陣列139
2.9.2同時采用兩種激勵分布的單脈沖陣列139

第3章平面陣列的分析142
3.1平面陣列的基本形式142
3.1.1常規平面陣形式142
3.1.2非常規平面陣形式143
3.2矩形柵格矩形平面陣列的陣因子143
3.2.1平面陣坐標及參數144
3.2.2陣因子方向圖函數144
3.2.3平面陣波束指向145
3.3帶反射板的對稱振子平面陣147
3.3.1對稱振子平面陣結構及坐標系147
3.3.2平面陣中第mn個單元及其鏡像的輻射場148
3.3.3平面陣的總輻射場148
3.3.4E面和H面方向圖函數149
3.3.5對稱振子均勻平面陣150
3.4平面陣的柵瓣及其抑制條件151
3.4.1復T平面151
3.4.2主瓣和柵瓣在復T平面中的位置關系152
3.4.3抑制柵瓣在實空間出現的條件153
3.5平面陣波束寬度和方向性系數154
3.5.13dB輪廓線方程154
3.5.2半功率波瓣寬度157
3.5.3平面陣方向性系數D159
3.6平面陣的和、差方向圖161
3.6.1從左到右順序排列單元的情況162
3.6.2以陣列中心點為對稱排列單元的情況162
3.7可分離型矩形柵格矩形平面陣的分析與設計實例163
3.7.1平面陣的綜合設計163
3.7.2平面陣的三維方向圖繪制166
3.7.3幾個典型的可分離型矩形平面陣的分析167
3.8三角形柵格平面陣169
3.8.1三角形柵格矩形邊界平面陣的陣因子170
3.8.2三角形柵格矩形平面陣的柵瓣及抑制171
3.8.3三角形柵格矩形平面陣的分析173
3.9幾種典型邊界平面陣的分析176
3.9.1陣列天線普遍適用的分析表達式176
3.9.2適合於分析特定邊界平面陣的陣因子177
3.9.3圓形、橢圓形和八邊形邊界平面陣的分析實例178
3.10圓環陣列的分析180
3.10.1圓環陣陣因子180
3.10.2圓環陣的方向性系數184
3.10.3考慮單元方向圖的圓環陣186

第4章平面陣列的綜合190
4.1各剖面均為等副瓣的切比雪夫平面陣綜合190
4.1.1陣因子191
4.1.2綜合方法192
4.1.3主瓣寬度和方向性系數193
4.1.4實例193
4.2圓口徑泰勒綜合195
4.2.1圓口徑泰勒空間因子195
4.2.2圓口徑泰勒分布197
4.2.3圓口徑泰勒分布的口徑效率v198
4.2.4圓口徑泰勒平面陣201
4.3橢圓口徑泰勒綜合207
4.3.1把橢圓轉化為圓的坐標變換207
4.3.2橢圓口徑綜合實例207
4.4圓口徑貝利斯綜合208
4.4.1圓口徑貝利斯空間因子208
4.4.2圓口徑貝利斯分布211
4.4.3圓口徑貝利斯平面陣212
4.5圓口徑平面陣列和、差方向圖的同時實現216

第5章陣列天線的優化綜合218
5.1直線陣方向性系數的最優化218
5.1.1直線陣方向圖函數的矩陣表示218
5.1.2方向性系數D的矩陣表示219
5.1.3方向性系數D的最優化方法220
5.1.4直線側射陣方向性系數的最優化220
5.1.5直線端射陣方向性系數的最優化222
5.2圓環陣方向性系數的最優化223
5.2.1圓環陣側射方向性系數的最優化224
5.2.2圓環陣端射方向性系數的最優化225
5.2.3短偶極子為圓環陣單元的方向性系數的最優化226
5.3賦形方向圖的優化綜合——變尺度算法227
5.3.1賦形波束的優化綜合原理228
5.3.2賦形波束的優化綜合實例232
5.4賦形方向圖的優化綜合——Orchard—Elliott法240
5.4.1用復根表示的直線陣陣因子功率方向圖函數240
5.4.2綜合方法理論241
5.4.3用多項式函數展開來表示期望的賦形波束函數F0（u）245
5.4.4方法的改進246
5.4.5實例246
5.4.6賦形方向圖的變尺算法與Orchard—Elliott方法的比較255

第6章相控陣天線原理256
6.1相控陣掃描原理257
6.1.1一維相控掃描陣列258
6.1.2二維相控掃描陣列262
6.2陣列天線單元互耦及分析方法264
6.2.1阻抗法265
6.2.2散射法266
6.2.3有源單元方向圖267
6.2.4小陣分析法274
6.3相控陣的輻射單元279
6.3.1電流（線）天線單元280
6.3.2口徑天線單元282
6.3.3微帶貼片天線單元284
6.4相控陣的饋電方式284
6.4.1強制饋電方式284
6.4.2空間饋電方式285
6.5相控陣天線近場測量287
6.5.1平面近場測試系統簡介287
6.5.2近場測量精度289
6.5.3相控陣天線近場測量方法290

第7章密度加權稀疏陣列292
7.1密度加權陣列特點292
7.2獨立采樣概率密度稀疏法294
7.3相關采樣概率密度稀疏法297
7.4多階密度加權法300
7.4.1幅度量化方法一300
7.4.2幅度量化方法二302
7.5密度加權陣性能數值模擬分析304

第8章大間距陣列柵瓣抑制310
8.1概述310
8.2大間距陣列采用的高效單元312
8.2.1孤立的單元天線312
8.2.2小陣中的單元天線313
8.3子陣級非周期結構陣列的分析模型316
8.3.1陣列中某個單元的遠區輻射場317
8.3.2陣列總輻射場318
8.3.3子陣級周期結構矩形陣的分析319
8.4子陣級非周期結構陣列柵瓣抑制的隨機分布法320
8.5子陣級非周期結構陣列柵瓣抑制的優化方法322
8.6子陣級非周期結構八角陣列的柵瓣抑制326
8.7子陣級旋轉變形八角陣332
8.7.1旋轉角度的確定333
8.7.2子陣級隨機旋轉角度的非周期結構八角陣334
8.7.3子陣級定角度旋轉的非周期結構八角陣335
8.8環柵陣的分析337
8.8.1典型的弧形環柵陣337
8.8.2子陣為梯形的環柵陣339
8.9結論343

第9章陣列天線的工程設計344
9.1詢問機天線設計345
9.1.1某詢問機天線的技術指標345
9.1.2陣列的理論分析與綜合345
9.1.3陣列單元的選擇與仿真設計347
9.1.4和差饋電網絡的仿真設計348
9.1.5單元天線陣與和差饋電網絡的整體仿真及天線實物實測結果348
9.2矩形波導窄邊縫隙行波線陣天線設計350
9.2.1某X波段窄邊縫隙行波線陣天線的技術指標350
9.2.2陣列設計350
9.2.3矩形波導窄邊縫隙陣的交叉極化及其抑制353
9.2.4縫隙等效並聯電導與其激勵幅度的關系355
9.2.5輸入駐波及其與單元間距的關系357
9.2.6矩形波導窄邊縫隙陣各單元傾角及切割深度358
9.2.7矩形波導窄邊縫隙陣天線建模仿真及實物測試結果360
9.3賦形波束陣列天線設計362
9.3.1方位台平面陣的技術指標362
9.3.2平面陣的分析與設計363
參考文獻369