超宽带测向阵列天线

     无线电测向是依据电磁波传播特性，使用仪器设备测定无线电波来波方向的过程。测定“来波方向”，是指测向机所在地实在的电磁环境中电波达到的方向，无线电测向，通常的最终目的是要确定“辐射源的方向”和“辐射源的具体位置”。
       无线电测向体制根据其测向原理的不同，可分为幅度比较式、沃特森-瓦特、多普勒测向、到达时间差、乌兰韦伯、干涉仪测向、空间谱估计测向等方法。
       1，幅度比较式测向：原理简单，系统容易构成，成本低。但是存在间距误差和极化误差，抗波前失真的能力不佳。
        2，沃特森-瓦特测向：响应速度快，可抗波道干扰，实现起来比较简单，属于幅度比较式测向的一种。但是测向准确度、测向灵敏度低，抗波前失真能力差。因为测向天线阵列用的是小基线天线，尺寸较小，所以很适合用在手持、车载式的测向设备上。           
        3，干涉仪测向：通过计算天线间的接收信号相位差来推算出信号的入射方向，原理简单明了，运算量较小，测向精度高。利用这种技术进行测向时，能够全方位测量出一个信号的方向。干涉仪测向体制中包括相位干涉仪测向、相关干涉仪测向两种。但在相位干涉仪测向中，为了可以确定来波方向，要求具有一致的幅相特性，特别是要求好的相位一致性，因而对硬件要求比较高，一般主要应用在低频处。在实际应用当中，有系统误差的时候，对于高频处的信号测向总是出现模糊，从而产生测向误差。一般的相关干涉仪测向系统在全方位的范围内，对信号进行相关算法的运算，通过求得相关系数最大值来测量出信号的方向。相关干涉仪测向的优点是运算量小，测向处理速度快、精度高，通过信号的相位数据与样本库的数据作相关运算，解决相位干涉仪的问题，从而大大提高了测向准确度，而且不需要对天线的最小孔径进行限制，可以抵抗一定的波前失真，对极化误差不敏感。
       4，空间谱估计测向：可以实现对多个信号同时测向，且测向精度高。但是在这个系统中，要求每个天线阵元之间、每个接收通道具有一致的幅度、相位等。此外，由于算法中的矩阵数据运算量大，需要快速准确的测向算法和良好数据处理能力的处理器来解决实际应用的问题，因此设备复杂、成本较高。
       5，乌兰韦伯测向：灵敏度与准确度高，有很强的分辨能力，能很好地抵抗波前干扰及其他干扰等，是使用比较广泛的一种测向机。但是对测向场地要求高，建设难度大，造价高。
       6，多普勒测向：采用中、大基线的天线阵列，灵敏度与准确度高，可以抵抗一定的波前失真，能测量俯仰角。但是抗干扰性能较差，尚在发展之中，改进后会使系统变得复杂，造价会随之升高。适合在民用航空中对频率固定、发射功率大、留空时间长、信号参数已知的发射台测向。
       7,到达时间差（TDOA）测向：准确度与灵敏度高，能快速测出方向，对测量环境的要求少。抗干扰能力低，要求信号有固定的调制方式，因此现在应用方向少。其适用于测量本身具有迅速时变的信号。

作为一个测向天线的天线工程师，应该了解以下：                 
                               测向算法性能比较表
测向体制                   测向灵敏度        测向准确度        最小测量时间        复杂度
幅度比较式测向        需实际分析        需实际分析        快                      低
沃森-瓦特测向           较低                     较低                较快                  较低
干涉仪测向                  高                        高                      快                     高
多普勒测向                  较高                 较高                    较快                   很高
乌兰韦伯测向              较高                 较高                    较快                   高
TDOA测向                 较高                    较高                  较快                较高
空间谱估计测向        较高                较高                  快                       较高

谢谢小编分享，学习一下，最近在做超宽带阵列这一块。

测向系统一般包括三个重点部分：接收系统，测向算法（测向体制）和超宽带接收天线。
下面讲单单讲讲天线部分。
一般地有超宽带天线设计主要有两种思想：1，低频天线、高频天线分开设计，低频采用有源的形式，最大限制提升带超，但是设计较为复杂，且要与系统一起设计天线；2，高低频不分开，接收天线是不考核VSWR的，只是低频的接收增益差一点。
低频的天线振子形式有四种：

1，宽带定向振子：为宽带无源（或有源）振子，其高频段具有较强的方向性，可用于相位干涉仪及比幅测向体制中，其结构比较复杂尺寸大不利于小型化；

2，普通偶极子：工作频带窄，用作谐振天线只能分多频段设计不利于小型化，用作电小天线时需要取高频端波长的1/2π长度才能满足方向图的一致性，这样将导致低频段增益很低，大大降低了系统低频段的测向灵敏度；

3，分段可控偶极子：可以通过PIN管控制不同频段工作时天线的电长度，从而更好的保证天线方向图、相位的一致性，同时可以实现低频段的电小设计，有利于小型化；

4，宽带双锥振子：具有很宽的工作频带，方向图一致性也满足，但是其结构剖面很大，不利于小型化设计。

高频的天线振子主要是套筒天线或其变种，目前主要的测向系统 ，高频都是GHZ，可是更高的10GHz，所有高频天线一般都 采用PCB的形式。
所以套筒天线主要有以下几种：
1，普通半波振子：结构简单，但是工作频带窄，不利于平衡到不转换设计及放大器集成；
2，管状裙式套筒：工作带宽宽方向图性能良好，不需要平衡到平衡转换设计，但是需要单独设计放大有源电路不易于集成。
3，PCB裙式套筒：为管状套筒的等效设计，具有其宽频带工作特性，同时又利于集成放大的设计。

明天上图。

同行啊，资料不错

欢迎原创，特别是技术总结的贴子，后来人可以少走弯路。

三种高频天线振子的示意图和实物图见附件，这个天线工程师应该都是比较了解的。
第一种，很适合PCB，且VSWR的宽带特性，还是很不错的。
第二种，套筒天线的原型 ，VSWR小于3，带宽做到3倍频，没有问题。加载设计一下，可以更宽。
第三种的话，大家看教材吧。

天线振子选好了，主流的振子布局有哪些，其优缺点是什么?如何布局更好，更可以产品化，明后天，再更新。

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谢谢分享，技术文章必顶。

任何天线方案，都有优点，也有不足，因此天线工程师，应该有所解，咱是为产品服务，不是为了写论文。
作为比较成熟的，产品化的天线振子布局一般有三种，其优缺点总结如下 ：

1，采用传统测向天线设计方案，将低频振子和高频振子封装在一个天线罩中。此种方案设计简单，加工、装配都比较容易，但是低频天线圆阵直径，一般近100cm，导致测向天线体积大，不满足便携的使用要求，当然车载是没有问题的，一般也是这样做的。

2，将测向接收机和高频天线阵封装在一起，作为测向主机，低频天线仍采用插拔结构进行安装。此法设备间连线少，集成化程度最高。但是测向主机为圆筒结构，空间利用率低，且高频阵子和测向天线集成在一起，体积较大，不利于小型化设计。接收机离高频振子距离近，也会对高频振子性能造成一定影响。高底有多大的影响，看高频振子的频率，越高影响越大，特别是对可圆度的影响。

3，考虑到高频天线阵直径，一般20-30CM，可将多高频振子固定在天线罩中，多个低频天线采用插拔结构，使用时进行安装。由于采用插拔结构，安装比较容易，拆卸后携带也比较方便，符合便携式的设计要求。这个方案，是便携式，就是可以杠着走的测向系统，可以好的天线设计方案。

难得，技术方向的总结贴！

下面讲讲相位干涉向的天线体制问题，虽然这一块与天线相关不如前面的内容大，但是天线工程师必须要了解，这个测向天线系统的基础。

相位干涉仪测向体制属于相位法测向体制。它利用电波到达测向天线阵时, 由于空间位置不同导致各天线单元接收的信号相位不同, 通过测定来波在各阵元上的相位差求解来波方向。简单的单基线相位干涉仪仅由两个相同的信道组成，如下图所示。

                              

若有一平面波从天线视轴夹角为 的方向到达间距为L的两个测向天线1和2，如果来波信号波长为 ，则两个天线接收到的信号相位差 为：
                      ∅*λ =2*pi*L*sin θ        
如果两个信道的响应完全一致，则接收机输出信号的相位差仍为 ，经过鉴相器得出相位差信息 ，并计算出来波方向 ：
                     θ =arcsin(∅λ/(2*pi*L))   
根据上式，可得测向误差为：
                              dθ=λ/2πL∙1/COSθ d∅                        
当来波方向与基线成90°角（即法线方向）时，测向误差将无限大，当来波与基线夹角为0°时，测向误差最小，所以要求来波方向与基线夹角越小越好，与波长和基线长度都有关系。若采用八元阵设计，任何方向的来波总能找到一根基线与其夹角不大于11.25°，cos11.25°≈1，对误差的影响可以忽略，主要影响误差的因素为波长 与基线长度 的比值，低频时波长较长，误差相对大，具体频率下的理论测向误差可根据上式估算得出：如测向接收机的相位测量误差为 =0.5°，平均基线长度为0.4m，则30MHz频率（波长10米）下的测向误差 =10/(2*3.14*0.4))*0.5=1.98°。高频时，天线阵基线越小，且波长越短，理论上计算测向误差越好。由以上估算可以看出，测向精度可以满足要求。
如果以上的内容看懂了，测向的原理就OK了。看不懂的，看一点文章就差不多了，这也是软件算法设计的基础，射频与天线工程师了解即可。

已部分被 百度百科引用..

很好的帖子，还会有更新吗?

应天线工程师论坛注册会员的私信要求，写一点测向天线阵列方面的东西。
理论上讲，所有类型的天线振子都可以作为测向天线阵元，考虑到实现的可用性，天线阵子常用的有以下两种形式：
1，采用偶极子组成圆阵；
2，采用V型平板振子组成圆阵；

偶极子天线是一种全向性天线，但是标准的偶极子天线带宽较窄，系统工作频率覆盖80倍频程，单一偶极子天线无法覆盖整个频率范围。设计时可将天线分为高频振子和低频阵子两段，高频振子相对带宽较窄，可采用单一偶极子天线实现，低频振子相对带宽较宽，采用分段可控偶极子天线，从而扩展其工作频率范围。此种偶极子天线组成测向天线阵的方案在R&S、Thales以及国内的多个厂家中得到应用，是一种行之有效的方案。

V型平板振子是一种方向性阵子，其频率覆盖较宽，单振子可覆盖整个工作频段，国内多公司，多个产品的干涉仪测向系统中得到了应用。但是V型平板振子体积较大，且其是方向性阵子，必须在中间增加一全向阵子作为参照阵元，不利于测向天线阵小型化设计。

综述所述，从小型化测向天线方面考虑，选用偶极子天线作为测向天线阵元。

      下面讲讲天线阵中的元天线数量选择方面的分析，天线工程师这个必须要熟悉，且必须与项目经理（系统工程师）在立项前的需求分析时，就要明确好。

     在传统干涉仪测向体制中，使用圆阵结构可以实现多基线、变基线测向，能有效解决相位模糊问题，是较好的组阵选择。N条基线对应N个相关的入射角sita_N 值，由于各基线沿圆周分布,其中总会有一条基线与来波方向形成较小的入射角,从而保证全方位的测向精度。采用干涉仪测向体制的测向天线阵，常见的天线阵有5阵元、7阵元、8阵元和9阵元，阵元越多，则参与测向运算的基线也越多，去相位模糊的能力也越强，但天线阵的设计越复杂，算法越繁杂，测向速度越慢。但阵元越少，越有利于测向天线的小型化设计。

      通过测向体制的分析，低频段采用相位干涉仪体制，可以采用四阵元爱德考克天线阵列，其四个天线阵元需等间隔分布在同一圆周上，呈正交分布（俗话就是正方形四点分布，这个圆就是这个正方形的外截圆）。为降低测向天线体积，考虑高频段和低频段共用天线阵元，要求选取的天线阵元为4阵元或8阵元，为保证高频段的测向效果，4阵元可用基线太少，可适当增加基线，可以采用8阵元测向天线阵设计。

       通道数量指同时进行天线信号采集的信道数量，通道数量越多则测向速度越快，理论上采用8通道可达到最理想的效果，，8通道将导致射频电路复杂，设备形态无法小型化。在测向速度和设备复杂度之间折中考虑，降低通道数量，在天线阵上设计电子开关，通过一次电子开关的切换可完成所有天线振子信号的采集。作为天线工程师，我们的任何指标或设计都是折衷的，成本与指标永远是矛盾的。对于相关干涉仪测向，一般都是高低频天线分开设计，要求两次开关切换时必须有同一个天线阵子接入作为参考信号，因此选用5通道或是9通道，都是可以的。

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