均匀线阵的方向图和均匀圆阵的二维方向图

资 源 简 介

均匀线阵的方向图和均匀圆阵的二维方向图

详 情 说 明

均匀线阵方向图分析

均匀线阵（Uniform Linear Array, ULA）是阵列信号处理中最基础的结构之一，其所有阵元等间距排列在一条直线上。方向图（即波束响应）描述了阵列对不同入射角度信号的增益响应特性。

线阵方向图的理论基础是波程差引起的相位差。当信号以特定角度入射时，由于各阵元之间的间距产生波程差，导致接收信号相位不同。通过调整各阵元的加权系数（如均匀加权），可以形成主瓣指向特定方向的波束。

线阵方向图的MATLAB实现核心是计算阵列流形向量（Array Steering Vector），即各阵元对同一信号的相位响应集合。方向图的绘制通常通过改变入射角度计算对应的阵列增益，最终以极坐标或直角坐标形式展示。

均匀圆阵的二维方向图

均匀圆阵（Uniform Circular Array, UCA）的阵元等间隔分布在圆周上，与线阵相比，其方向图具有全向对称特性，适合二维平面内的波束形成。

圆阵方向图的数学建模需考虑二维几何关系。由于阵元呈圆周分布，其阵列流形向量的相位差计算涉及极坐标转换。圆阵的波束形成能力在方位角和俯仰角两个维度上均可控，因此方向图常以二维极坐标或三维曲面形式呈现。

MATLAB实现中，圆阵方向图需计算各阵元在二维平面内的坐标位置，并依据入射方向重构相位差矩阵。通过调整波束指向角度，可观察主瓣和旁瓣的分布特性，分析阵列的空间分辨能力。

扩展思考

方向图优化：可通过非均匀加权（如切比雪夫加权）抑制旁瓣，提升波束质量。 多波束形成：在圆阵中可实现同时多波束扫描，适用于MIMO系统。 实际限制：阵元间距需小于半波长以避免栅瓣，阵元互耦效应可能影响方向图对称性。