微带阵列天线的E面方向图是描述天线在电场方向（E面）上辐射特性随角度变化的图形，它直观反映了天线在该平面内的辐射强度分布，是评估天线方向性、增益和波束宽度等关键性能的重要依据。以下从E面方向图的定义、特性、影响因素及设计优化等方面展开分析：
一、E面方向图的定义
- E面：指包含天线电场矢量和最大辐射方向的平面。对于微带阵列天线，E面通常与阵列的排列方向和电场极化方向相关。
- 方向图：以极坐标或笛卡尔坐标表示，展示天线在不同角度上的辐射强度（场强或功率）。通常将方向图归一化处理，最大值为1或0 dB。
二、E面方向图的特性
- 主瓣与副瓣：
- 主瓣：最大辐射方向所在的波瓣，其宽度（3 dB波束宽度）反映了天线的方向性。主瓣越窄，方向性越强，辐射能量越集中。
- 副瓣：主瓣以外的波瓣，其电平（副瓣电平）越低，天线抗干扰能力越强。
- 后瓣：与主瓣方向相反的波瓣，通常需要抑制以减少能量浪费和干扰。
- 方向性增益：E面方向图的主瓣峰值与全向辐射的比值，反映了天线在特定方向上的辐射能力。
三、影响E面方向图的因素
- 阵列结构：
- 阵元间距：间距过大会导致栅瓣出现，间距过小会引发互耦效应，影响方向图形状。
- 阵元数量：阵元越多，主瓣越窄，增益越高，但副瓣电平可能升高。
- 排列方式：线阵、面阵或立体阵的排列方式会影响E面方向图的对称性和波束宽度。
- 馈电网络：
- 幅度加权：通过调整各阵元的馈电幅度（如Chebyshev分布、Taylor分布），可以降低副瓣电平。
- 相位加权：调整各阵元的馈电相位，可以实现波束扫描或波束赋形。
- 介质基板：
- 介电常数：基板的介电常数会影响天线的谐振频率和辐射效率，进而影响方向图。
- 厚度：基板厚度过大会引发表面波，导致方向图畸变。
- 阵元形状与尺寸：
- 阵元的形状（如矩形、圆形）和尺寸会影响其辐射特性，进而影响整个阵列的E面方向图。
四、E面方向图的设计与优化
- 低副瓣设计：
- 采用Chebyshev或Taylor分布等加权方式，使馈入各阵元的功率按特定规律分布，从而降低副瓣电平。
- 波束宽度控制：
- 通过调整阵元间距和数量，可以控制主瓣的宽度，满足不同的应用需求。
- 互耦效应抑制：
- 在阵元之间引入隔离结构或优化馈电网络，减少互耦效应对方向图的影响。
- 仿真与测试：
- 使用电磁仿真软件（如HFSS、CST）对E面方向图进行仿真，优化阵列参数。
- 通过实际测试验证方向图性能，确保设计满足要求。
五、应用实例
- 24 GHz微带阵列天线：
- 采用串馈阵列结构，通过优化馈电网络实现低副瓣设计。
- E面方向图显示主瓣较窄，副瓣电平低于-13 dB，适用于雷达系统。
- 77 GHz微带阵列天线：
- 通过调整阵元间距和幅度加权，实现高方向性增益和低副瓣电平。
- E面方向图主瓣宽度典型值为9°，适用于汽车雷达等高精度应用。
