一 、•前言随着科技的发展，有线通信渐渐被无线通信所替代人们尝到了无线通信带来的方 便，已经离不开它现代生活中，移动，电视，收音机，无线路由，无线电导航， 雷达等等，无一不体现着无线生活带来的便利而这些无线的设备离开导线后之所以还 能够正常使用，天线在其中扮演着重要的角色天线的发明距今已有100 多年的历史，第一个天线是德国物理学家赫兹在1887年 为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的它的发射天线是两根30cm的金属 杆，杆的终端连接两块40cm见方的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环 天线早期的无线电主要应用于远洋通信，第一次使用它是在1901 年，意大利物理学家 马可尼采用一种大型天线，其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平 横线连在一起，横线挂在两个高10英尺，相聚200英尺的塔上，电火花放电视发射机 接在天线和地之间天线应用最早是在长波远洋通信上，这时天线的主要发展集中在长波波段上自 1925 年以后，中、短波无线电广播、通信开始逐渐应用，而后的各种中、短波天线得 到迅速的发展第二次世界大战中，雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发 展，在这以后的 30 多年是无线电电子学飞速发展的时代，微波中继通信、散射通信、 电视广播的飞速发展，特别是20世纪50年代后期，人类进入太空时代，对天线提出了 许多新的要求，出现了许多新型天线。
在实际的无线电系统中，为了完成特定的任务和提高工作性能，在电气上有的需 要特殊波束的天线，有的需要天线有很强的方向性（很高的增益）这是就要采取天线 阵的方式来解决这类问题本文将对天线阵的原理做一些定性分析，同时讨论其应用方向摘要两个或两个以上的个别的（或离散的）天线组成的天线系统称为天线阵（又称阵列天 线或离散阵列）构成天线阵的个别天线叫做天线元（或辐射元），简称为阵元阵元排 列方式有线阵、平面阵和空间阵从性能和使用的特殊要求来分类，阵列天线可分为：一般阵列、相位控制阵列、自适应阵列和信号处理阵列天线阵的主要参数为：阵元数、阵元的空间分布、各阵元的激励幅度和激励相位关键字阵列；天线；排列；方向图第一部分 天线阵的辐射特性一、方向性1、天线阵的辐射特性决定于阵列的单元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相 位，控制这五个因素可以改变辐射场特征同时也要考虑单元本身的特性对阵列总特性 的影响天线辐射特性在空间是变化的，这里就要引入一个关系图，它描述天线辐射特 性随着空间方向坐标的变化关系天线方向图用来描述电（磁）场强度在空间的分布情 况，常用般功率波瓣宽度来表示方向图的宽度2、天线阵的方向图相乘原理：一个天线阵的方向函数等于单个天线元的方向函数和阵方向函数的乘积。
阵方向函数是阵中各天线元的位置、激励电流幅度和相位的函数二、天线的电气参数除了上面所提到的方向图，天线还具有另外四项电气参数，即：1、天线输入阻抗 天线输入阻抗是天线馈电点处的电压与电流之比通常是一个复阻 抗，而且是频率的函数2、 驻波系数（VSWR）驻波系数是天线馈线上的一个特征参数，它反映了天线输入阻抗与馈线特性阻抗的匹配程度，定义为馈线上最大电压与最小电压之比3、 增益 G 在天线输入功率相同的情况下，某天线在最大辐射方向的场强平方，与理想的无方向性的点源在相同处产生的场强平方之比，常用分贝表示4、 极化特性 天线极化特性表示天线在最大辐射方向上电场的极化形式可分为线极 化、圆极化和椭圆极化三、 天线增益天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点 处所产生的信号的功率密度之比它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度增益 显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高四、 天线的阻抗天线和馈线的连接处称为天线的输入端或馈电点对于线天线来说，天线输入端的电 压与电流的比值称为天线的输入阻抗对于口面型天线，则常用馈线上电压驻波比来表示天 线的阻抗特性。
天线的输入阻抗与天线的几何形状、尺寸、馈电点位置、工作波长和周围环境等因素有关线天线的直径较粗时，输入阻抗随频率的变化较平缓，天线的阻抗带宽较宽天线阵中各单元之间以一种复杂的方式相互作用，这种现象称为互耦，其结果使各单 元天线上的电流不仅与本身的激励有关，而且与相邻天线上的电流有关第二部分 离散线阵的建立一、离散线阵分析散列阵列天线的分析取决于四个元素：1、 阵元数2、 阵元在空间的位置3、 阵元电流幅度分布4、 阵元电流相位分布分析方法为，由上述 4 个因素求离散线阵的辐射特性，如：方向性、方向图、增益和阻抗等二、栅瓣如果方向图中出现了两个以上的最大值，则必然引起能量的分散，这为设计所不允许并将主方向以外的其它最大值或波束称为栅瓣选择合适的阵元间距d可以消除 栅瓣三、阵列排列1、 不等间距对称排列，利用哈尔（Haar）定理法改变激励幅度和辐射元间距，同 时可获得偏差最小的方向图2、 对于单元数目为奇数和偶数的阵列，利用微扰法从已知方向图出发，逐步改变 辐射源间距或激励幅度第三部分 平面阵的建立平面阵即组成阵列的所有单元都位于同一个平面上的天线阵，简称：面阵暗号阵列、 中单元分布形式和天线总轮廓的形状来说，面阵课分为矩形阵（包括方形阵）、圆形阵（包 括圆环阵）和椭圆阵三种。
此外还有 契贝谢夫平面阵和泰勒圆形阵一、矩形阵如上图，xy平面上的阵列，沿x轴或平行x轴的各列是由％个单元在x方向x以等间距d排列成的线阵，n个这样的线阵在y方向上的间距d平行排列成x x y矩形面阵这个阵列也可看成在四个顶点上方有辐射元的许多矩形网格组成的矩形平面阵同时，若d =d，且 n =n，则阵列为方形阵 x y x y、圆环阵上图为单圆环阵，它应用于无线电定位、雷达、声纳和许多其他系统中，于 是应用了圆环阵列圆环阵不仅能形成全向的方位图，也能形成单波束，且形状 对称三、圆形面阵泰勒圆形阵为现在工程上常用到的一个阵列方式如上图为圆形面阵，用普通抽样原理对圆形边界的连续口面激励进行离散化， 可获得圆形阵列用这种普通抽样方法形成离散阵列的方向图，对于单元数目较多 的阵能较好的逼近连续口径的方向图，对于单元数目较少的阵列将产生明显的偏差， 甚至有时方向图满足不了实际需要面对这种情况，可以使用微扰法，在已知的阵 列基础上通过幅度微扰，经过几次迭代后方能达到目的第四部分 自适应天线阵通信、雷达、声纳等系统中的空间信号是通过天线阵列来获得的然而在空间 环境中，则不可避免地存在着不需要的各种噪声信号，它们通过天线进入接收系统， 影响了有用信号的接收，降低了信噪比。
因此，为了有效地利用信息能量，从而保 障信息传递质量，要求发射天线尽可能只需要方向辐射电磁波，接收天线也只接收 指定方向的来波，尽量减少其他方向的干扰和噪声由于自适应天线系统具有自动感知干扰源的存在并抑制其影响的能力，同时 又具有增强所需接受信号的能力，并且在此过程中不需要关于所需信号和干扰环境 的先验信息，因而，采用自适应天线阵是降低干扰非常有效的手段和方法 一、自适应阵的组成如上图，它主要由传感器阵、方向图形成网络、自适应处理器等组成用来调整方向图形成网络中的可变加权系数，方向图形成网络中的各个加权值决定了自适应阵的总体灵敏度方向图二、自适应阵列处理自适应阵列处理就是将阵列天线与信号处理结合起来，完成空间域和频率域滤波， 有效地减小方向性噪声源干扰对接收信号的影响自适应阵的性能可以从暂态响应和稳态响应两方面来考虑暂态响应性能通常用 “暂态响应时间”来量度，它是指自适应阵在信号环境发生变化后达到成功调整所需 要的时间稳态响应是自适应阵列达到稳定条件的状态，其性能用“均方误差”、“信 噪比”、“似然比”和“噪声方差”等来度量，他们反映了自适应阵达到稳定状态时， 对所需信号接收性能的改善程度。
自适应处理器可以选择波束形成网络的复加权系数，是某项性能量度最优化，以 实现所需要的空间域滤波自适应调整波束方向图所应用的算法很重要，重要的算法 有：LMS算法，梯度算法等三、自适应阵元配置天线的方向性由方向图和波瓣特性参量表示，单一天线传感器的方向图的波束很 宽，在复杂的无线电环境下，不能有效地接收有用信号为了将方向图的波束压窄， 并将波束集中到需要接收的信号方向，可以用若干个传感器单元组成的传感器阵列实 现这一目的阵元配置有：二元阵、直线阵参考书目陈列天线理论导引 翟孟云 1980年 12月第1版天线阵综合 吕善伟 1988 年 01 月第 1 版天线原理与设计 康行健 1993年 08月第1 版天线理论与技术 卢万铮 2004 年 05 月第 1 版电子工程天线 谢秉正 1989年 12 月第 1 版空间自适应信号处理 汪晋宽 2003 年 09 月第 1 版百度百科后记天线阵的技术现已逐渐发展向成熟，并得到了广泛的应用,引领着无线电的飞速发 展盾构前方地质情况的超前探测、宽窄带传输、雷达探测等等，无一不体现着天线 阵为人们的现代生活所带来的便利天线阵的原理看似容易，其实其中的运算过程是十分复杂的，而对于那些参数的 测量和实现也是不容易达到的。
然而随着通信电台的日益增多，无线频带越来越拥挤， 通信系统的抗干扰问题变得越来越重要，对天线的要求也越来越高天线阵的发展还 正处于高速发展的黄金阶段，急等着更先进的创新和更多的技术人才。