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說在前面
1.寫作目的
文章《萌新筆記-天線（原理篇）》介紹了天線分析的基礎(chǔ)理論、常用工程參數(shù)以及常見天線的輻射特性分析，但是沒有針對陣列天線進行深入介紹。最近在開展相控陣+載體的一體化仿真研究，其中相控陣的仿真實現(xiàn)需要依托Matlab-FEKO-API，會涉及到相控陣單元間距、饋電幅度/相位分布計算、波束掃描的實現(xiàn)等相關(guān)設(shè)計問題，籍此對陣列天線的分析和綜合基礎(chǔ)進行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)。
2.內(nèi)容涉及
本文的行文邏輯將從以下四個方面展開：
底層認知：將通過最通俗易懂的語言對于天線的輻射機理進行描述，幫助讀者建立起對陣列天線輻射機理最直觀的認識；
理論基礎(chǔ)：分為直線陣列和平面陣列兩大類，詳細闡述陣列天線分析理論基礎(chǔ)以及主要的綜合方法。理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)主要基于陣列天線的學(xué)習(xí)主要依托王建的《陣列天線分析和綜合講義》、薛正輝的《陣列天線分析和綜合》以及諾斯羅普-格魯曼天線工程師布朗的《電掃陣列——MATLAB建模與仿真》三本教材展開：
學(xué)術(shù)前沿：針對一些最新的碩、博論文，進行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，就陣列天線的兩個主要研究方向（陣列綜合算法和陣列天線工程設(shè)計）進行開展，基于前面設(shè)計的陣元幅、相分布，完成一個陣列天線的設(shè)計； ?
仿真實踐：針對陣列天線的相關(guān)應(yīng)用場景，基于仿真軟件HFSS、FEKO，介紹陣列天線幾種實現(xiàn)方法，仿真實踐的學(xué)習(xí)主要基于ANSYS和Altair官網(wǎng)培訓(xùn)視頻、幫助文檔以及李明陽、徐興福、謝擁軍所著的HFSS培訓(xùn)教材展開。
底層認知
”干涉“和”衍射“是區(qū)別”波“和”粒子“的兩個基本特征，電磁波作為”波“的一種，自然也具備”干涉“和”衍射“現(xiàn)象。其中，所謂”波的干涉“，即具有相同工作頻率的兩個或多個波源所產(chǎn)生的波在空間傳輸?shù)倪^程中，會發(fā)生疊加的現(xiàn)象，從而形成”波峰“和”波谷“交替出現(xiàn)的現(xiàn)象（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）。
陣列天線的輻射機理就是大量天線單元輻射的電磁波產(chǎn)生了”干涉“現(xiàn)象，不同天線陣元輻射的電磁波，同相疊加時，產(chǎn)生波瓣，在反相相消的地方，形成零點。如圖所示為含有5個單元的陣列天線的近場和遠場分布圖像，由由圖可知：一方面電場如同波浪起伏一般由近及遠的向前傳播，另一方面，不同于單天線的近場分布，陣列天線的電場分布沿周向的分布并不均勻，可以發(fā)現(xiàn)在某些扇區(qū)較亮（場分布同相疊加），而在某些扇區(qū)則較暗（場分布反相相消），從而導(dǎo)致天線陣列的遠場方向圖表現(xiàn)出明顯的方向性。
?
?
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理論基礎(chǔ)?
1.直線陣列分析與綜合
1.1 直線陣列分析
陣列天線性能主要取決于四個參數(shù)：
單元總數(shù)：如直線陣的N，平面陣的M*N；
單元空間分布(周期)：如直線陣的d，平面陣的dx和dy；
單元激勵幅度分布：如直線陣的，平面陣的 ?;
單元激勵相位分布：如直線陣的 ，平面陣的。
電流源的輻射場
正如《萌新筆記—天線（原理篇）》一文中所介紹的，空間中的電/磁場可經(jīng)由輻射體上面的電流分布求得，一般有兩種方法：1）直接法：直接利用格林函數(shù)機進行計算，2）間接法：使用“位函數(shù)”進行過渡，先通過輻射體表面電流分布建立“位函數(shù)”的表達式，再利用“位函數(shù)”計算電磁場分布。
電場分布與磁失位和電標(biāo)位之間的關(guān)系為：
帶入maxwell方程組，即可建立“A”和“”滿足的波動方程：
可知，中間變量滿足的波動方程的形式要比“E”和“H”滿足的波動方程的形式簡單很多，由《電磁CAE設(shè)計師的你，有必要了解計算電磁學(xué)嗎？》文章可知，該方程的解可以借助“格林函數(shù)”快速求出：
求出中間變量的空間分布后，利用“E”、“H”與中間變量的關(guān)系，即可求解出空間中電磁場的分布。遠場區(qū)：，為小量，近似省略，因此有：
矢量位與“Z軸”平行，遠場區(qū)電場只有“”方向分量（電場遠區(qū)封閉，“r”方向分量趨于0）：
則有：
其中表示源點的坐標(biāo)，R表示源點與場地之間的間距：，帶入電場表達式，可得：
下面以等幅激勵的均勻直線陣列為例，介紹陣列天線的陣因子、波束指向、增益、波束寬度、副瓣電平等主要參數(shù)。
陣因子方向圖?
任意形式單元天線的遠區(qū)輻射場可以統(tǒng)一表示為一下形式：
其中表示每個天線單元的饋電（幅度和相位），表示由于天線電流的分布導(dǎo)致遠場分布的方向性，即單元方向圖，而則是“格林函數(shù)”項，表示理想點源的遠場分布形式。三部分共同框定了天線單元對遠場輻射總場的貢獻。
陣列的輻射總場可以簡單的表示為各天線單元輻射場的疊加，即為：
其中為第n個單元源點與場點的距離：為波程差，即第n個單元源-場距離與原點-場點距離之差，帶入化簡可得：
天線單元的饋電部分可以表示為“復(fù)數(shù)”形式，即為：，則總場可以化簡為：
其中，為陣因子，表示天線單元的組陣給遠場方向圖帶來的二次賦形。至此，直線陣列天線的遠場方向圖就算完成了求解，其結(jié)構(gòu)組成也非常清晰，由三部分組成：
第一項為“格林函數(shù)”項，表示理想點源在空間的場分布，其為各向同性的；
因為天線單元表面電流的連續(xù)分布，使得遠場方向圖被“一次賦形”，“賦形因子 ”即為單元方向圖；
因為單元組陣，使得遠場方向圖被“二次賦形”，“賦形因子”即為陣列天線的陣因子。
單元相位遞變，因此，饋電幅度，則陣因子可簡化為：
接下來將重點研究因為單元組陣而引起的“二次賦形”，即陣因子。對于均勻直線陣，，利用歐拉公式（詳細推演見參考教材），陣因子可以化簡為：
其中。?
波束指向?
當(dāng)時，利用無窮小理論，取最大值，為方向圖的主瓣方向，主瓣指向可以利用進行確定：
當(dāng)所有單元相位一致時，即，則，波束未掃描；當(dāng)各單元相位均勻遞變時，則波束指向則隨著的變化而進行變化，即為相控掃描，這就引出了相掃陣列的一個基本邏輯：
波程差=相位差
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%?matlab繪制動態(tài)波束掃描（保存GIF格式） clc;clear?all; %%參數(shù)列表 a=0;???????????%相位差 N=10;???????????%陣元數(shù)目 c=3e9;??????????%光速 freq=10e9;??????%工作頻率 lambda=c/freq;??%波長 d=0.5*lambda;???%陣元間距 k=2*pi/lambda;??%波矢 %% x=0180; figure(1); set(gcf,'position',[0,0,800,600],'color','w'); for?i=1:47 ????str_title?=?strcat('color{red}a=',num2str(a)); ????y=abs((sin(N.*(k.*d.*cos(x.*pi./180)+a.*pi./180)/2))./sin((k.*d.*cos(x.*pi./180)+a.*pi./180)/2));%方向圖函數(shù) ????a=(i-1)*360/120;??%相位差掃描范圍 ????figure(i); ???? ????set(gcf,'position',[0,0,800,600],'color','w'); ????p1?=?polarplot(x.*pi./180,y,'r','LineWidth',3); ????hold?on; ????title('波束掃描','fontsize',15); ????text(-0.2,2.3,str_title,'FontName','Times?New?Roman','FontSize',20); ????%%保存為gif格式 ????frame?=?getframe(gcf); ????im?=?frame2im(frame); ????[I,map]?=?rgb2ind(im,256); ????if?i==1 ????????imwrite(I,map,'波束掃描.gif','gif','Loopcount',Inf,'DelayTime',0.05); ????else ????????imwrite(I,map,'波束掃描.gif','gif','WriteMode','append','DelayTime',0.05); ????end ????close(figure(i)); end
主瓣寬度?
天線的主瓣寬度通常指方向圖主瓣增益下降3dB（半功率）時所對應(yīng)的波束寬度，功率下降為原來的0.5倍，則電場幅值下降為原來的0.707倍（），即有歸一化陣因子:
=0.707
其中，對于側(cè)射陣（端射狀態(tài)詳見教材），主瓣指向，經(jīng)過化簡計算，可得波束寬度：
為波束掃描角?？梢姡?strong>1）陣列單元數(shù)目N越大，波束越窄；2）掃描角度（相對側(cè)射狀態(tài)）越大，波束越寬，利用該公式可以在陣列設(shè)計之初，對天線陣列的波束寬度進行估計。
方向性系數(shù)D?
均勻直線陣的方向性系數(shù)D定義為主瓣最大方向的功率密度與平均功率密度之比，可以由如下公式進行計算：
其中為歸一化陣因子，，對進行計算，可得：
則方向性系數(shù)D為：
其中為陣列長度（口徑）。
副瓣電平?
副瓣電平為天線的重要技術(shù)指標(biāo)，乃至于后續(xù)天線綜合的主要工作就是圍繞著副瓣電平SLL的優(yōu)化而開展的。其定義為最大副瓣與主瓣之比，即：
對于均勻直線陣，第一副瓣即為最大副瓣，此時，其中，帶入公式，可以算的：
=-13.5dB
即均勻直線陣的副瓣電平并不是特別優(yōu)秀，想要獲得更低的副瓣電平，還需要進一步對陣列單元的饋電幅度進行一定的設(shè)計，這就是“陣列綜合”的知識了。
柵瓣抑制?
由上文可知，均勻陣線陣列的陣因子為：
為周期函數(shù)（周期為，取絕對值后周期為周期為），即與主瓣等高的波瓣會每隔出現(xiàn)一次。
因此要抑制柵瓣的出現(xiàn)，就需要對u的取值范圍，即，化簡可得：
此即為均勻直線陣的柵瓣抑制條件。
1）對于側(cè)射陣：，則有;?
2）當(dāng)波束掃描時，按掃角計算，則取，
，一般取
1.2 直線陣列綜合?
等幅激勵直線陣的副瓣電平太高，無法滿足工程上的使用要求，因此提出兩種陣列綜合的方法，目標(biāo)是降低天線的副瓣電平。陣列綜合方式：已知方向圖參數(shù)（副瓣電平等），求解陣元的電流分布（幅度+相位），最主要的的是求電流的幅度分布，相位分布依據(jù)波束指向，根據(jù)“相位差=波程差”的原則進行計算，與綜合方法無關(guān)。
其中之一為切比雪夫綜合法，該綜合法是一種等副瓣的綜合方法，其特點為：
等副瓣電平；
在相同副瓣電平和相同陣列長度下主瓣最窄，在主瓣寬度一定的情況下旁瓣最低，為最佳陣列；
單元數(shù)多（N>13）時，陣列兩端單元激勵幅度跳變大，使饋電困難。
為了防止讀者陷入浩瀚 的公式推演而迷失方向，先介紹一下“切比雪夫綜合“的實現(xiàn)思路：1）第一步就是基于切比雪夫多項式建立一個目標(biāo)方向圖表達式；2）第二步就是計算N元陣的方向圖表達式，并令其與目標(biāo)方向圖相等，從而計算出陣元幅度分布。
切比雪夫多項式
切比雪夫多項式為如下二階微分方程的解：
令
則上式可化簡為：
方程的一個解為：? 同時，基于三角恒式：? 可得切比雪夫多項式的遞推關(guān)系式：? 利用遞推關(guān)系式可計算得到任意階切比雪夫函數(shù)的“多項式”表達形式：
上面為的函數(shù)形式，當(dāng)時，則變成雙曲余弦的形式，整合下來，切比雪夫函數(shù)的“三角函數(shù)”表達形式為：
利用matlab作圖可以畫出任意階切比雪夫函數(shù)曲線如下圖所示，由圖可知當(dāng)時，切比雪夫多項式為振幅為1的振蕩曲線，當(dāng)時，曲線快速上升，若將作為方向圖主瓣位置，將區(qū)域作為方向圖的副瓣區(qū)域，則可以實現(xiàn)方向圖的副瓣電平SLL的調(diào)節(jié)。
clc;clear?all;close?all; x=-1.11.1; y=zeros(1,length(x)); for?m=15 ????for?i=1:length(x) ????if?abs(x(i))<1 ????????y(i)=cos(m*acos(x(i))); ????elseif?abs(x(i))>=1 ????????y(i)=cosh(m*acosh(x(i)));? ????end end plot(x,y); hold?on; end
?
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乍一看，曲線很亂，很難將其與陣因子方向圖聯(lián)系起來，現(xiàn)在我們嘗試通過一系列變換建立其與方向圖的聯(lián)系（取n=8，函數(shù)曲線取坐標(biāo)系的正半邊進行考察），變換過程如下：
取的切比雪夫多項式進行研究，由圖可知時，曲線在內(nèi)振蕩，的位置決定了的高度，曲線如圖1所示；
令，將曲線定義域收縮至[0，1]；
對表達式取絕對值，即忽略電場方向帶來的“正負”，統(tǒng)一考察電場幅值大??；
令,會發(fā)現(xiàn)原本的函數(shù)曲線竟然神奇變成了我們熟悉的方向圖。由圖可知：1）該方向圖所有副瓣均相等（等副瓣）；2）副瓣電平始終為1，主瓣電平為，主副瓣比SLL的大小取決于最初選擇的的大小，即主副瓣比可調(diào)。
?切比雪夫綜合?
由上面可知，經(jīng)由切比雪夫多項式，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q，就可以得到主副瓣比可調(diào)的等副瓣方向圖，下面就需要建立目標(biāo)陣因子和切比雪夫函數(shù)的關(guān)系，以期實現(xiàn)相同的方向圖分布特性。非等幅的直線陣列的的陣因子為：
設(shè)饋電幅度為對稱分布，按照陣元數(shù)目的奇偶，依據(jù)歐拉公式，對稱位置兩兩相消，陣因子可以化簡為：
當(dāng)均取1時（即為等幅），計算可得其SLL明顯小于切比雪夫陣：
如果令：
我們就會發(fā)現(xiàn)陣因子中的每一項都是一個切比雪夫多項式，其中：
因此陣因子表達式即為一系列切比雪夫多項式的和：
總結(jié)下來，切比雪夫陣的設(shè)計思路為：如果希望待優(yōu)化陣因子變成理想方向圖，那么就需要令其等價的切比雪夫多項式之和與相應(yīng)最高階切比雪夫多項函數(shù)相等，從而求出陣列饋電幅度分布{......}。同時，通過的調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)方向圖副瓣電頻SLL的調(diào)節(jié)。
實際工程中，無需手動計算出切比雪夫綜合的陣元分布，利用MATLAB自帶的函數(shù)即可輕松完成計算。
N=16；%陣元數(shù)目 SLL=20；%副瓣電平 w = chebwin(N,SLL)；%輸出陣元幅度分布 wvtool(w)；%查看陣元幅度分布及方向圖預(yù)覽
?
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泰勒綜合法?
當(dāng)陣列單元數(shù)目較多（），切比雪夫陣列兩端單元的激勵幅度將發(fā)生跳變，即最末單元比其相鄰單元的激勵幅度大許多，不利于饋電并對方向圖副瓣電平影響很大，此時需要引入泰勒綜合法。
采用泰勒綜合方法設(shè)計的泰勒陣列，其方向圖只是靠近主瓣某個區(qū)域內(nèi)的副瓣電平接近相等，隨后單調(diào)減小，有利于提高天線的方向性，且激勵的幅度分布的變化在陣列兩端是單調(diào)減小的，不會出現(xiàn)兩端單元激勵幅度跳變的情況。
與”切比雪夫綜合“類似，”泰勒綜合“的思路也大致分為兩步：1）依據(jù)切比雪夫多項式，結(jié)合理想線源函數(shù)，通過變換，構(gòu)建目標(biāo)方向圖（泰勒函數(shù)）；2）計算連續(xù)線源的方向圖表達式，并令其等于目標(biāo)方向圖，從而計算出”連續(xù)線源“的分布，在對其離散，即得到N元陣列的幅度分布。
泰勒綜合的參考函數(shù)起源于切比雪夫函數(shù)，令，即有：
利用MATLAB繪制其曲線如圖所示，其與陣因子方向圖十分相似：
當(dāng)變量N趨于時，參考函數(shù)就轉(zhuǎn)化為理想線源的空間陣因子：
其方向圖形式為：
為等副瓣形式，通過引入基本函數(shù)波瓣展寬因子，改造基本函數(shù)，構(gòu)建泰勒方向圖函數(shù)：
該方向圖函數(shù)的含義是：把基本函數(shù)前個零點用于改造的理想空間因子的零點取代，而第個以后的零點保持為基本函數(shù)的零點。
所構(gòu)造的泰勒方向圖函數(shù)既保持了理想空間因子可調(diào)副瓣電平和前個副瓣近似相等的性質(zhì)，又在遠副瓣（第個及以后）保持了基本函數(shù)的副瓣峰值以衰減的性質(zhì)。總結(jié)下來，泰勒函數(shù)的構(gòu)造過程如下圖所示：
第一步，我們已經(jīng)構(gòu)造了一個完美的方向圖函數(shù)，其有著可調(diào)的副瓣電平以及遞減的旁瓣，現(xiàn)在所要做的就是朝著這個完美的方向圖函數(shù)努力前進，讓待優(yōu)化陣因子與其相等，從而求出陣元幅度分布即可。
連續(xù)線源的方向圖?
從連續(xù)線源的方向圖分布聊起，假設(shè)其電流分布為：
其中展開系數(shù)為未知項，該電流分布所對應(yīng)的空間陣因子的表達式為：
這就是待優(yōu)化陣因子的表達式，令其等于泰勒方向圖陣因子，即可求解出展開系數(shù)從而完成了連續(xù)線源電流分布的綜合。
上式即為綜合得到的連續(xù)線源的電流分布。對于直線陣列的各單元的饋電分布，只需要對連續(xù)電流進行抽樣離散即可。
即為每個陣元的饋電幅度，其中，,
實際設(shè)計過程中，以上的綜合過程無需設(shè)計師手動計算，MATLAB中內(nèi)置Taylor函數(shù)，可以按照陣元數(shù)目、主副瓣比SLL和值，直接綜合出相應(yīng)的饋電分布。
N=64;%陣元數(shù)目 n=4;%遠副瓣位置 SLL=-35；%副瓣電平 w?=?taylorwin(N,n,SLL); %輸出陣元幅度分布 wvtool(w)；%查看陣元幅度分布及方向圖預(yù)覽
泰勒綜合設(shè)計準(zhǔn)則
依據(jù)主副瓣比選擇合適的，的含義是泰勒方向圖的前個副瓣近似相等，其應(yīng)該根據(jù)主副瓣比來選擇，一般可取，其中,為主副瓣比。
泰勒綜合的單元數(shù)目不能太少，否則按主副瓣電平比的陣列方向圖副瓣電平，不能達到設(shè)計目的。
在陣列天線設(shè)計中，各單元的激勵分布都是理想分布。然而實際加工出來的饋電網(wǎng)絡(luò)總是存在誤差，加之單元間的互耦誤差等，陣列天線的副瓣電平實測值會有所惡化，因此副瓣電平設(shè)計值需留有余量，一般取7~10dB。
2.平面陣列分析與綜合?
2.1 平面陣列分析?
基于直線陣列的基本原理，依托可分離原理，重點介紹“矩形柵格”形式的平面陣列。
陣因子方向圖
直線陣中方向圖表達通式也可以被應(yīng)用于平面陣列，任意形式單元天線的遠區(qū)輻射場可以統(tǒng)一表示為一下形式：
其中表示每個天線單元的饋電（幅度和相位），表示由于天線電流的分布導(dǎo)致遠場分布的方向性，即單元方向圖，而則是“格林函數(shù)”項，表示理想點源的遠場分布形式。三部分共同框定了天線單元對遠場輻射總場的貢獻。
其中：
則第mn個單元的遠區(qū)輻射場為：
整個平面陣的遠區(qū)輻射場為：
如果平面陣按列分布為；按行的分布為，則總的饋電幅相為：
為可分離型?？煞蛛x型陣列的陣因子也是可分離型的，陣因子為：
其中：
可知，矩形柵格的矩形平面陣列，如果其饋電分布是可分離，則該平面陣列的陣因子方向圖就是沿x和y方向排列的直線陣列陣因子方向圖的乘積，者也是方向圖相乘原理的一種體現(xiàn)。同理，參照均勻直線陣，對于等幅分布的均勻平面陣，其方向圖陣因子可以利用歐拉公式簡化為：
即為均勻直線陣因子的乘積。
平面波束指向?
波束掃描的核心就是：饋電相位差等于波程差
1）當(dāng)時，出現(xiàn)最大值，此時,為波束指向，得：
同理，當(dāng)時，出現(xiàn)最大值，得：
聯(lián)立可以解的波束指向 ,相反得，可以按照期望波束指向可以求得饋電相位差。
波束寬度?
經(jīng)線所在平面內(nèi)的半功率波瓣寬度
當(dāng)(最大指向在xz平面內(nèi))：
當(dāng)(最大指向在xz平面內(nèi))：
緯線切線所在平面的半功率波瓣寬度
當(dāng)(最大指向在xz平面內(nèi))：
當(dāng)(最大指向在xz平面內(nèi))：
即波束沿俯仰向進行掃描時，經(jīng)向所在平面的波瓣寬度會逐漸展寬，而緯線切線所在平面額波瓣寬度不變。
方向性系數(shù)D
方向性系數(shù)的定義為最大增益與平均增益之比，即：
此處假設(shè)陣列數(shù)目非常多，單元方向圖近似單元陣因子。
對于均勻直線陣：
2.2 平面陣列綜合?
切比雪夫綜合法?
矩形柵格矩形邊界的切比雪夫平面陣有兩種形式，一種是可分離型分布的切比雪夫平面陣；另一種是不可分離分布的切比雪夫平面陣。 此處介紹簡單且更為常用的可分離型切比雪夫平面，其設(shè)計較為簡單，即沿兩個主平面方向圖指標(biāo)（主瓣寬度、副瓣電平），分別設(shè)計沿x軸和y軸兩個方向排列的直線陣即可。
平面各陣元的饋電幅度可以通過直線陣列直接相乘得到。
clc;clear?all; [x,y]=meshgrid(-7.57.5,-7.57.5); Nx=16;%x方向陣元數(shù)目 Ny=16;%y方向陣元數(shù)目 SLL=20;%副瓣電平 wx?=?chebwin(Nx,SLL);%輸出x方向陣元幅度分布 wy=chebwin(Nx,SLL);%輸出y方向陣元幅度分布 Wxy=wx.*wy'; %直線陣列的饋電幅度分布相乘得到平面陣 surf(x,y,Wxy); %陣元饋電幅度分布
?
?
泰勒綜合法
陣因子
其中：
類比于泰勒分布的“直線陣列”，圓口徑泰勒分布的“目標(biāo)空間陣因子”為：同樣的，使用連續(xù)面源分布去擬合：計算出待定系數(shù)，即可得到圓口徑泰勒面源分布，再經(jīng)過離散就是圓口徑泰勒陣列分布。雖然理論上，圓口徑泰勒分布為不可分離型，但是在實際工程中，通常也是使用線陣泰勒分布相乘得到面陣的方式來設(shè)計泰勒分布陣列天線。
clc;clear?all; [x,y]=meshgrid(-7.57.5,-7.57.5); Nx=16;%x方向陣元數(shù)目 Ny=16;%y方向陣元數(shù)目 SLL=20;%副瓣電平 wx=taylorwin(Nx,SLL);%輸出x方向陣元幅度分布 wy=taylorwin(Nx,SLL);%輸出y方向陣元幅度分布 Wxy=wx.*wy'; surf(x,y,Wxy);
3. 單脈沖體制?
陣列天線的方向圖中的和波束和差波束被廣泛關(guān)注，其背景即為雷達搜索中的”單脈沖體制“。通過窄波束掃描獲得目標(biāo)的位置和距離信息是現(xiàn)代雷達的主要功能，其中“單脈沖技術(shù)”為應(yīng)用最普遍的技術(shù)體制。（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
單脈沖雷達天線要求產(chǎn)生一個主瓣的和波束以及具有兩個（或四個）主瓣的差波束。差波束的兩個峰值之間的最小值稱為“零值”。和波束的作用是探測目標(biāo)的距離（r）和進行距離跟蹤；差波束的作用是探測目標(biāo)的方位角和俯仰角信息（,）和進行角跟蹤。
一個目標(biāo)的距離信息 r 和角信息, 已知， 則目標(biāo)的空間位置就確定了。如果目標(biāo)正好在和波束最大值方向， 則差波束接收到的信號很弱(為零值)；當(dāng)目標(biāo)移動時， 則差波束接收到的信號由弱變強， 則可利用差信號來驅(qū)動伺服機構(gòu)， 使天線在俯仰或方位上轉(zhuǎn)動，始終使差波束的零值方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)，從而實現(xiàn)跟蹤 ，同時利用和波束接收到的回波信號時間差確定目標(biāo)距離。
結(jié)語
本文為”陣列天線的分析和綜合基礎(chǔ)“的理論篇，分為直線陣列和平面陣列兩大類進行展開，介紹了”分析“和”綜合“兩部分，其中”分析“為依據(jù)陣列天線確定的幅、相分布來計算其輻射特性；”綜合“則根據(jù)總體提供的方向圖要求（主瓣增益、副瓣電平等參數(shù)）來反向確定天線的幅、相分布。全文在于解決”陣列天線設(shè)計“的前兩步：1）由淺入深的理解陣列天線的輻射機理；2）按照陣列天線設(shè)計指標(biāo)，完成陣列天線單元數(shù)目、幅相分布的計算。下一篇為”實踐篇“，將在理論篇確定的陣列結(jié)構(gòu)、幅相分布的基礎(chǔ)上，介紹”陣列天線設(shè)計“的工程實現(xiàn)以及相關(guān)使用相關(guān)仿真軟件進行”陣列天線設(shè)計“的方法。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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