天線陣列是一組發(fā)射單元組成的天線系統(tǒng)。如果這些天線單元都相同，例如在全向陣列中，如果它們?cè)谝粋€(gè)軸上相互間隔距離相同，那么該陣列天線就稱為線性陣列。此外，如果這些單元是由同一根電線上的電流所激勵(lì)，那么將可以同步地對(duì)這些天線單元調(diào)整，線性陣列的各個(gè)單元是均衡一致的。

天線陣列

圖1所示是一個(gè)四單元線性陣列，其中每個(gè)單元都是全向天線，單元之間以半波長(zhǎng)分隔，假定采用相同電流來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)單元（相同幅度和相位激勵(lì)）。采用多個(gè)單元組成一個(gè)天線陣列與單個(gè)全向天線單元相比有效尺寸更大，這種天線具有更強(qiáng)方向性的總輻射圖。

天線陣列的輻射圖是每個(gè)單元輻射圖的總和，每個(gè)單元的輻射圖如圖1所繪出的虛線圓所示。定向增益產(chǎn)生在這些單元之間的中線上。

這里值得注意的是，同一組物理陣列單元可以形成不同的天線輻射圖，這樣可以允許接收器調(diào)整波束方向以實(shí)現(xiàn)正確的信號(hào)接收。這也使得在生產(chǎn)這類天線時(shí)，一種天線尺寸可以適用于多種用途。即可以建立一個(gè)基本的單元結(jié)構(gòu)，單元形成的輻射圖可以由用戶通過(guò)調(diào)整單元激勵(lì)的方式來(lái)改變輻射圖的形成。

再進(jìn)一步討論方向性問(wèn)題。假設(shè)圖1中的陣列實(shí)際上是由八個(gè)天線單元組成，單元間隔為半波長(zhǎng)，其中一半的單元沒(méi)有被激勵(lì)。現(xiàn)在，再激勵(lì)三個(gè)單元，形成一個(gè)七單元陣列系統(tǒng)，這些單元之間的間隔還是半波長(zhǎng)（圖2）。增加天線的尺寸來(lái)增加輻射圖的方向性，即通過(guò)增加天線長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的結(jié)果是產(chǎn)生更窄波束，產(chǎn)生更高定向增益。由于這里僅增加了單元數(shù)量，定向增益的提高產(chǎn)生在相同方向上。相應(yīng)地，在偏離輻射方向中心的地方增益大大地降低，因此在方向?qū)?zhǔn)時(shí)所允許的誤差將很小。這種陣列天線的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，系統(tǒng)可以在不改變結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)的條件下改變信號(hào)發(fā)射方向。

圖1

圖1的定向增益集中在陣列中心線上，因?yàn)樵谶@種情況下，激勵(lì)相位與輻射圖相位（圖中未表示出）是相同的。零相位差意味著輻射圖的迭加是一致的，因此四個(gè)或七個(gè)單元組成的系統(tǒng)很直觀。在沒(méi)有相同激勵(lì)電流，即有意地對(duì)每個(gè)單元的激勵(lì)電流逐個(gè)地采用一定相位偏移，這樣相位相加的結(jié)果將與陣列中心呈一定角度。

當(dāng)前實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整的一個(gè)方法可以采用可編程移相器，其實(shí)現(xiàn)原理很簡(jiǎn)單，即不斷地發(fā)送指令到移相器使波束很快地改變方向。因此，如果合理利用這個(gè)特點(diǎn)，該系統(tǒng)有很明顯的可利用優(yōu)勢(shì)。

數(shù)字波束成形

波束成形器（beam former）是一種能在振幅和相位上控制單元激勵(lì)的天線結(jié)構(gòu)，圖2提供了波束成形的一個(gè)基本示例。將圖1改變成圖2的系統(tǒng)，圖2增加了三個(gè)激勵(lì)單元。圖1中“關(guān)斷”的三個(gè)單元只是將其激勵(lì)信號(hào)編程到零。激勵(lì)信號(hào)有兩個(gè)變量可以改變：幅度和相位。這兩個(gè)量提高了控制的靈活性，調(diào)整主波束的滾降特性和旁瓣（side-lobe），增強(qiáng)信號(hào)的方向性，降低信號(hào)干擾。

天線單元有兩個(gè)可變量：振幅和相位，這些量可以用一個(gè)復(fù)指數(shù)來(lái)表示，即一般所知的復(fù)數(shù)加權(quán)值Wk，下標(biāo)k是線性單元的數(shù)量。上面的討論說(shuō)明了只要對(duì)電子移相器編程就能實(shí)現(xiàn)移相，而不必采用插入一定長(zhǎng)度電纜或采用實(shí)現(xiàn)移相的無(wú)源電路。采用可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（VGA），可以通過(guò)調(diào)整其增益的指令字來(lái)驅(qū)動(dòng)，并具有某些開(kāi)關(guān)約束。這些可調(diào)整變量的組合共同定義了波束成形的結(jié)構(gòu)。