阵列天线 — CAE术语解释

分类: 术语表 | 2026-01-15
CAE visualization for array antenna - technical simulation diagram

阵列天线

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老师,阵列天线就是把多根天线排在一起的东西吧?为什么不能用一根呢?


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单根天线的指向性较弱——也就是说电磁波会均匀地向各个方向扩散。将多个素子排成阵列,通过控制素子间的相位差,可以「让波束仅集中在特定方向」。


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相位差的控制?具体怎么做呢?


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考虑有$N$个素子的阵列,用阵列因子(AF)来表示合成指向性:

$$ AF = \sum_{n=0}^{N-1} a_n e^{j(n k d \cos\theta + \delta_n)} $$

其中$a_n$是各素子的振幅,$\delta_n$是相位移动。实时改变这个$\delta_n$,就可以让波束进行电子扫描——这就是相控阵。


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5G的波束成形技术就是这个吗?手机基地站也在用吗?


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正是如此!5G NR的大规模MIMO(mMIMO)就是相控阵的集合体,使用64个或128个素子的阵列,同时对多个用户发射波束。车载毫米波雷达也是一样,通过收发阵列的相位控制来提高角度分辨率。


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CAE仿真中如何对阵列天线进行解析呢?


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阵列天线的CAE分两个阶段。首先用HFSS或CST Studio计算单个素子的辐射方向图,然后将其乘以阵列因子,合成整个阵列的辐射方向图。也可以进行全波解析,同时求解所有素子,但计算代价会按素子数的平方增长,需要注意。


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请介绍相关术语。


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  • 天线
  • 指向性
  • 波束成形

  • 🧑‍🎓

    通过相位差的控制来自由改变指向性,这真是太强大了!


    🎓

    是的。特别是相控阵不需要移动硬件就能扫描波束,所以在要求高速、高精度角度测量的应用中——雷达、卫星通信、自动驾驶——成为了必不可少的技术。


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