4.7　天线单元不规则排列的相控阵天线的波束控制数码计算

以上讨论的有关波束控制问题均针对天线单元规则排列的平面相控阵天线。对于这种平面相控阵天线，相邻天线单元之间的间距在两个方向均是等间距的。常用的三角格阵排列的平面相控阵天线，也可以分解为（或视为）两个矩形排列的平面天线阵。这为波束控制数码的计算提供了便利（2 α 数码可视为 α 数码往高位方向左移1位后的结果），更主要的是，它为按行-列方式实现波束控制提供了方便。

4.7.1　天线单元随意排列的平面相控阵天线的波束控制数码计算

如果各天线单元在图4.21所示（ y , z ）平面上的位置不是按矩形栅格排列，而是不规则排列的，则这时各单元移相器的波束控制数码应按各天线单元所在位置及波束指向角来计算。

第（ k , i ）个单元在平面上的坐标位置可以有两种表示方法：在直角坐标系中以（ y ki , z ki ）表示或以平面上的极坐标系（ γ ki , r ki ）表示。

若参考单元选在圆心，要求天线波束指向为（ φ B , θ B ），由第（ k , i ）个单元提供的阵内相位差Δ φ B ki 应为

或

相应地，第（ k , i ）个单元移相器的波束控制数码 C （ k , i ）的计算公式与前面讨论的一致，为

式（4.56）中，Δ φ B min 为进行波束控制计算时的移相器的最小移相量， K 为移相器的计算位数，如 K =8, 9, 10。

4.7.2　环形阵天线的波束控制数码计算

对于图4.22所示的环形阵，天线单元分别放置在 N 个围绕圆心的同心圆上，天线单元在 r 轴上有严格的离散位置，每环之间的间距Δ r 是固定的，相当于平面阵中的单元间距 d r ，并设同一环内单元间距也为Δ r 。因此，环形阵天线是上述天线单元随意排列的平面阵天线的特例，各单元位置之间仍有一定的规律可循，不完全是随机的。由于圆阵半径为 N Δ r ，每一天线单元大致占有面积为Δ r 2 ，故整个天线孔径的面积 S A 与天线单元总数 N AE 分别为

以下讨论环形天线阵上天线单元位置的表示方法，为使波束控制数码运算较为简单，天线单元位置可按径向位置与转角（ r i , γ i ）表示。在轴线方向，由于 r i 易于以有限字长的二进制数码表示，如整个天线共有64环，即天线单元安放在64个环带上，这意味着，在天线直径上可放置64×2-1=127个天线单元，则总共只需要6位数码即可准确表达天线单元位于哪一环带上。

相邻天线单元之间在 γ 角上的最小间距出现在最外圈，即在最外一环上，如令环形天线阵的环数为 N ，则 γ 角上的最小间距Δ γ 为

因 N 值一般都较大（如在上述例子中 N =64），故有

因此，在角度上 γ 的量化总数 M γ 为

因此，天线单元转角位置 γ 的表示便取决于 M γ ，如当 N =64时， M γ =402，故只需9位数码即可。

这样，天线单元的位置可用其所在的环数与角度 γ 来表示。如果天线单元在圆环上放置的位置均处于Δ γ 的整数倍角度上，则第（ k , i ）个天线单元的位置（ γ ki , r ki ）可以表示为（ k Δ γ , i Δ r ），其对应的波束控制数码 C （ k , i ），按式（4.55）及式（4.56）可表示为

如果要考虑修正单元通道内的幅、相误差，则除提供给第（ k , i ）单元的波束控制数码外，还应加上相应的修正数码 δ ki 。

上述这种不规则排列的平面相控阵天线可以由若干个排列在圆环上的子天线阵所组成，子阵之间的波束控制数码运算按上述方式进行，而子阵内各个单元之间的相位梯度的保证则可以按其排列方式，采用相同的计算方法和波束控制方法，以达到减少设备量和降低成本的目的。 wtf73kfnxWAaFGDuVeSMlojFyoTuCfn6khlvVpDKXsEzzzL6j/TZAIBWFreArPcf