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相控阵天线方向图：栅瓣和波束斜视

来源：中电网

2020-12-09

类别：技术信息

拍明

原标题：相控阵天线方向图：栅瓣和波束斜视

相控阵天线方向图中的栅瓣和波束斜视是两个重要的概念，以下是对这两个概念的详细解释：

定义：
栅瓣是相控阵天线方向图中出现的一种不利现象，它表现为在主瓣之外出现的额外增益峰值。这些峰值可以看作是天线增益的复制，通常被称为空间混叠。
产生原因：
栅瓣的产生与相控阵天线的元件间隔有关。当元件间隔大于半个波长（λ/2）时，就可能出现栅瓣。这是因为元件对波前进行空间采样时，如果采样间隔过大，就会导致空间混叠现象的发生。
影响：
栅瓣的出现会干扰主瓣的信号传输，降低天线的性能。特别是在需要高精度指向和增益的应用中，栅瓣的存在会导致信号质量的下降。
解决方法：
为了避免栅瓣的出现，通常需要将相控阵天线的元件间隔控制在半个波长以内。然而，在实际应用中，由于各种限制（如物理尺寸、成本等），有时很难完全避免栅瓣。因此，天线设计师需要在元件间隔和栅瓣之间进行权衡。

定义：
波束斜视是指在使用相移而不是真实时间延迟来使波束转向时，天线在频段范围内出现无聚焦的现象。换句话说，波束的实际指向与期望的指向之间存在偏差。
产生原因：
波束斜视的产生与相移和时间延迟之间的关系有关。在相控阵天线中，为了实现波束的转向，需要对每个元件施加不同的相移。然而，由于相移是频率的函数，因此在宽带波形中，不同频率成分的相移会不同，从而导致波束的指向随频率变化。
影响：
波束斜视会导致天线在频段范围内的性能下降，特别是在需要高精度指向和宽带通信的应用中。此外，波束斜视还会增加系统的复杂性和成本，因为需要采取额外的措施来补偿这种偏差。
解决方法：
为了解决波束斜视问题，可以采用真实时间延迟技术来替代相移技术。然而，这种方法需要更复杂的硬件和算法支持。另一种方法是采用频率扫描天线或宽角扫描天线等技术来减小波束斜视的影响。

综上所述，栅瓣和波束斜视是相控阵天线方向图中需要关注的重要问题。通过合理设计天线元件间隔、采用适当的转向技术以及优化算法等方法，可以有效地减小这些问题对天线性能的影响。

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