摘要在天线的设计中，为增强天线的方向性、提高天线增益，经常用到天线阵列。阵列天线的增益与排阵间距有关。对于具有某一波束宽度的天线，给出了能使阵列天线获得最大增益的最佳间距。在工程设计应用上，分析了高增益单元天线进行排阵时排阵间距选择问题。 关键词 阵列天线
排阵间距 天线增益 1
引言 在天线的设计中，为增强天线的方向性、提高天线增益，经常用到天线阵列。天线阵列的辐射特性取决于阵元的结构、数目、排列方式以及整个阵的电流幅度和相位分布等因素。由天线阵理论可知，若单元天线的主瓣波束宽度较窄，为获得较高的排阵增益，则要求阵因子方向图的波瓣也较窄，即需要较大的排阵间距。但是，对于主瓣较宽的天线来说，过大的间距反而会引起较大的副瓣，因此较小的间距是适当的。对于一定波束宽度的单元天线，都有使其获得最大排阵增益的排阵间距。该文定量计算了不同波束宽度单元天线的排阵间距与天线增益的关系，可以为天线排阵设计提供参考。 2
天线排阵增益最佳间距 以半波振子天线等幅同相二元阵为例，进行定量计算。对于半波振子天线，其单元方向图函数为： 取不同的排阵间距，得出不同的天线阵列增益，从而得出半波振子天线二元阵增益与天线排阵间距的关系，绘制成曲线如图1所示。从图中的结果可知，当排阵间距为0．95A时，该二元天线阵具有最高增益为5．41
dBi，其中排阵对增益的贡献为5．41―2．15=3．26 dB。当排阵间距大于0．95
时，天线阵增益反而下降，增益与间距的曲线类似于阻尼振荡的形状，增益最终收敛在5．16
dBi。从上述的分析可以得出，如只考虑天线增益，则0．95A的排阵间距为最佳间距。当然，此时天线的副瓣会较高，天线的长度也会较大，在应用中要根据实际电气和结构指标要求，选择相应的排阵间距。 由于天线阵列方向图是天线单元与阵因子的乘积，因此对于不同波束宽度的单元天线，使天线阵列获得最大增益的排阵间距是不同的。单元天 线的波束宽度与使等幅二元阵最佳间(仅指使天线阵列获得最大增益的排阵间距)的关系曲线如图2所示从图2
中可知，单元天线波束越窄(即增益越高)，其等幅二元阵获得最大增益的排阵间距越大 3
高增益天线单元排阵增益问题 对于宽波束的天线单元，天线排阵增益问题符合一般的估算方法，天线的排阵增益G与天线单元个数Ⅳ
的关系可近似为： 但是对于窄波束的天线单元，天线的排阵增益就需要仔细考虑。比如八木天线和对数周期天线，单元天线本身具有较窄的波束，要通过排阵进一步提高天线的增益，天线间距的选择至关重要。由于单元天线的方位和俯仰方向都具有较小的尺寸，因此在排阵时，从结构上考虑可以采用较小的排阵间距。但是采用小的排阵间距，使得天线单元的波束宽度远远小于阵因子的波束宽度，根据天线方向图乘积定理，排阵后天线阵列的波束宽度没有明显的减小，天线阵列的增益相对于天线单元也就没有明显的提高，因此天线的排阵效率非常低。所以这种类型天线需要较大的排阵间距。表1给出了具有l6
dB(半功率波束宽度为28。×28。)的八木天线组成的二元阵的增益以及排阵所贡献增益与排阵间距的关系 分析表1中的数据，可知：①
对于高增益天线单元排阵，排阵间距很小时(0．5A)，排阵对增益的贡献很小；② 当排阵间距大于2．5 时，天线阵列 增益可以增加3
dB；③
排阵间距很大时，天线主瓣波束变窄，出现栅瓣，不利于实际使用。对于高增益的反射面天线排阵，由于天线本身具有较大的尺寸，而窄波束天线所需要的最佳排阵间距也较大，因此反射面天线也可以选择合适的排阵间距，来提高天线的增益。 4
结束语 从文中的论述可以说明几个问题： ①
阵列天线增益与排阵间距密切相关，不同的间距可使天线阵列获得不同的排阵增益。对于等幅二元阵，有可能使排阵增益超过3
dB； ②对于不同波束宽度的单元天线，使天线阵列获得最大增益的排阵间距是不同的。单元天线波束越窄，其天线阵列获得最大增益的排阵间距越大； ③
对于高增益单元天线，要获得较高的排阵增益，需要较大的排阵间距。 | 
