稀布天线阵列的分析和设计(2)
天线阵列的辐射特性一般用方向图、方向系数、主瓣宽度、副瓣电平、增益、阻抗和极化等参量来表征[2]。发展电控天线辐射方向图(RP)的概念要追溯到1940年。它源于要将天线主波束的机械转向替换成更可靠的电子方法的需求。之后,阵列结构中的单元天线表现得就像是在空间域采样装置的事实也用于提升天线的功能。使用阵列天线最大的好处就是:减少(甚至完全消除)机械运动;良好控制的波束宽度和旁瓣区域;在视野内快速扫描;在辐射方向图中控制零位位置的能力,电子可重构天线辐射方向图。
尽管阵列天线具有这些吸引力的特性,但是它们的实现是一个具有挑战性的任务。在这方面,众所周知,在应用中如果要求高分辨率(窄波束宽度)则天线应该有一个大的空间尺寸。与此同时，当旨在扫描整个半空间时，为了防止出现栅瓣（即由于空间的欠抽样而产生的混叠效应）要求均匀构型中内置阵元的间距不要超过 ， 表示最高工作频率时的波长。高分辨率的要求和 条件的联合往往会导致极大数量的阵元。因为每一个基本辐射元都是和传输/接收模块相关联，一个完全填充大孔径阵列天线的成本将迅速地高昂得让人难以承受。阵列天线的制造还受技术的局限，通常，辐射元的特征尺寸大致等于最低工作频率时波长的一半，这显然和 是矛盾的。因此，应用于完全采样阵列的单个阵元必须是小型的，这是一个通常情况下技术困难的方案。此外，个别辐射元紧靠着一起，导致互耦非常高。这个现象损害了天线的性能，尤其是关于旁瓣电平和最大扫描角度。
相邻阵元间距相等的天线阵列称为均匀间隔阵列(周期阵列)。其数学模型简单、结构容易实现。但是其也存在两大缺点[3]。在避免出现栅瓣的前提下,（1）若辐射波长 很小，则会因为个别天线紧靠在一起而产生互耦,这种现象损害了天线的性能，尤其是关于旁瓣电平和最大扫描角度。（2）若要求阵列有很高的分辨率,就需要有足够的阵元来保持阵列孔径，这样系统造价自然升高。
上面提到的问题（成本，冲突的空间需求，互耦）可以通过减少在阵列配置（阵元间距的相应增长）中阵元的数量来有效地解决。由此产生的天线将是稀布阵列天线。当稀布配置遵循一个完全填充阵列的消除辐射元，这个天线就被称为稀疏阵列。(注意,稀布阵列也称为锥形空间、随机、非均匀非周期或任意阵列)使用稀布天线阵列的好处不仅限于成本和互耦。带宽、重量、能耗、散热、和（多）功能等方面也将在散热器间距大于 时得到提升。这些天线配置的主要缺点就是在辐射方向图里已经在许多应用中被认为是不可接受的过高的旁瓣电平。然而，通过控制阵元的数量、位置和相关权重（在振幅和相位），保证在大多数实际应用中有足够的RP特性变得可能。2005年,Kumar B P和Branner G R将天线单元稀疏分布的天线阵列(稀布天线阵列)明确地划分为两大类[4,5],分别称为稀疏阵列和稀布阵列。稀疏阵列来源于均匀阵列,将一定数目的天线单元从均匀间隔阵列中稀疏后就形成稀疏阵列,其阵元间距是原均匀阵列阵元间距的整数倍;稀布阵列的天线单元在孔径上是任意分布的。它可以较少的阵元数目保持一定的阵列孔径，进而实现窄的波束和高的分辨率,简化了结构，减少了成本，而且降低了馈电系统的复杂性和故障率。这些特有的优势,使得稀布天线阵列在导弹制导、机载预警、高频地面雷达等军事领域和机场异物检测、气象预报、射电天文等民用领域将有不可估量的应用前景。
1.1.2 稀布天线阵列的主要参数
为了后续讨论的方便，下面简单介绍下波束宽度、旁瓣电平和增益这三个概念。
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