[经验分享]Array and Phased Array Antenna Basics導讀與心得

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0楼发表于: 2011-02-11 22:16:34

关键词：工程效率元件 patch

書名: Array and Phased Array Antenna Basics
作者: Hubregt J. Visser
出版: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,
West Sussex PO19 8SQ, England
*本論壇可下載本書

前言

之前導讀與介紹過一本書(請參閱:Smart Antenna Engineering導讀與心得)，討論的是靈巧天線(Smart antenna)，而靈巧天線的重要基礎就是陣列天線，講到陣列天線，除了眾所周知的八木-宇田(YAGI-UDA)天線外，大家會想到的，可能就是特殊軍事用途，或者是外太空通訊及學術研究議題等，沒想到因為移動網路無線通訊的普及，連帶地也帶動了移動網路無線通訊基地台設備架設工程的發達，也因為移動網路無線通訊量需求暴增，使得通訊容量也相對地極速上升，但頻譜資源是固定且有限的，因此只能藉著通訊技術的研發，來滿足需求暴增的缺口，其中除了更有效率的移動網路無線通訊系統的研發外，影響最大的就是移動網路無線通訊的天線系統，也就是靈巧天線的誕生。靈巧天線是一種結合通訊系統與控制的一種天線，基本上靈巧天線是部會單獨存在的，它一定是會與通訊系統的控制相結合。因此最近以來靈巧天線都是個熱門的話題，而靈巧天線的基礎可以說就是相位陣列天線，也因此讓基本的陣列天線與相位陣列天線技術相形重要。

陣列天線與相位陣列天線越來越普遍，所以它不再只侷限於當初的軍事雷達用途與研究領域，現今已經有許多陣列天線與相位陣列天線用在民間用途上，例如現今的移動通訊系統中就有許多陣列天線與相位陣列天線的應用，所謂陣列天線就是指有一群的輻射單元天線，而它們彼此以一定的組合位置被擺放著，這可以產生某一特定方向上有最大的輻射。而所謂相位陣列天線，就是指對一組陣列天線中的不同天線元件，衡量其原本就有的相位關係，並更進一步地來控制其彼此間的訊號相位關係，透過彼此間的相位差異性來做動態的最大輻射角控制。其實每個人都應該知道，所謂陣列天線本來就都是相位陣列天線，因為所謂的陣列天線就是建立在不同天線元件彼此都會有相位的差異，而在本書當中，我們也把相位陣列天線稱為掃描指向陣列天線(Scanned beam array antennas)。

過去數十年來，有許多書都單獨或部份討論到陣列天線與相位陣列天線，例如 Mailloux [1]及 Hansen [2]所著的兩本書就是很好的典範，既然有那麼好的書可供選用，那麼還寫以陣列天線與相位陣列天線為書名的書做什麼?為什麼會寫這本書的理由是，現今總會有許多領域內的工程師有機會接觸到陣列天線與相位陣列天線的實務工程與技術，而這些工程師中可能有些既沒有電磁學或天線專業的訓練，因此有可能會因為需要有電磁學與天線專業基礎訓練要求而被嚇跑，甚至退出這個領域，盡管有時候這些恐懼是自找的，實際上並不存在。但是有個以下的假設問題，有可能教會天線技術而不需要碰任何的數學式嗎?雖然這問題的答案肯定是:不行，但是本書就盡量朝這個目標去做，也就是儘可能地不使用數學式，好讓本書內容可以更輕鬆地閱讀，以更平易近人的方式來解說天線，也就只講天線的發展歷程，以及天線物理特性，而盡可能地避開煩人的數學式子。

第一﹑第二﹑及第三章就是依照這個理念展開，分別討論了天線輻射﹑天線﹑以及天線的各種參數特性，只有在不得不使用的情況下才會出現數學式子，就算有了數學式子也會讓他以最簡易的方式來顯現，在第四章就會出現數學式子，用它來討論到寬涵蓋面的線性陣列天線(Broadside linear array antenna)，第五章是如何實踐的章節，以先前幾章討論過的內容與技巧，來做如何設計出一只微帶平面陣列天線(Microstrip patch array antenna)的討論。第六章專做線性尾端輻射陣列天線(Linear end fire array antennas)的討論，同時也會針對最典型的陣列天線--八木-宇田陣列天線(Yagi–Uda array antenna)的細節作深入討論，第七章討論的內容則包括線性相位陣列天線(Linear phased array antenna)，討論完之後就是跟著以實踐內容為主的第八章，本章會討論到應用所學的基本技巧來設計一只掃頻插槽波導陣列天線(Frequency scanned, slotted waveguide array antenna)，第九章則把所學的線性陣列天線與相位陣列天線做延伸，來做平面陣列與相位陣列天線(Planar array and phased array antennas)的設計相關討論，第十章則討論幾款陣列組合比較奇特的天線，包括有共形大量陣列天線(Conformal and volume array antennas)，以及用來產生圓極化波的序列旋轉饋送陣列天線(Sequentially rotated and fed arrays)，還有電抗附載陣列天線(Reactively loaded array antennas)，最後，第十一章，專注在一般天線的量測上，然後再擴展到相位陣列天線的量測技巧，包括動態的元件掃瞄特性輻射圖案(也稱做主動元件輻射圖案)也會做討論。做為輔助額外的資源，本書也有網路資源可以運用，裡頭有講師或教師可能會用到的圖片電子檔，網址如下:ftp://ftp.wiley.co.uk/pub/books/visser

本書;陣列天線與相位陣列天線基礎;(Array and Phased Array Antenna Basics)的主要目的是作為相位陣列天線的導引入門，讓讀者對討論主題的基礎有了全面的了解之後，便可以對這些技巧做更深入的探討而朝著這方面的專家之路前進，因此像是指向合成(Beam synthesis)，相位陣列天線錯誤(Phased array antenna errors)，指向切換(Beam switching)，數位指向(Digital beam forming)，間苗陣列(Array thinning)及自適性陣列天線(Adaptive array antennas)等主題都不會在本書中做討論。

本人極為願意推薦本書給對天線有興趣的朋友，原因有三，第一，因為本書可以說是入門書籍，也採取盡量不介入數學式子的態度寫這本書，因此很適合入門者閱讀。第二，就相位陣列天線應用而言，它牽涉的範圍 ..

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