高頻微波天線和高頻微波天線陣列是所有無線系統的“眼睛和耳朵”。1-6根據IEEE標準（145-1983），7天線可以簡單地定義為“用于發送和接收無線電波的裝置”。天線用作發射機與自由空間之間或介質與接收機之間的換能器。從廣義上講，天線可以分為三類，即各向同性，全向和定向（見圖1）。各向同性天線是在所有方向上單位增益的假設概念。3它作為衡量實際天線元件的基準。全向天線是在一個參考平面（方位角或仰角）中具有幾乎恒定增益的各向同性天線的最接近實現，3在廣播應用中得到廣泛使用。定向天線具有較高的定向增益和較窄的輻射方向圖（波束），是諸如無線電檢測和測距（雷達）以及點對點通信之類的應用所希望的。1-6

1830年，邁克爾·法拉第（Michael Faraday）引入環形天線作為他研究電場和磁場耦合的實驗的一部分。8后來，海因里希·赫茲（Heinrich Hertz）8發現了電磁波并設計了偶極天線。1901年，Guglielmo Marconi 8使用多條垂直接地線在大西洋上發送了信息。這是天線陣列的首次使用。3 Maxwell 3，8寫了第一篇有關EM理論的論文集，由Oersted，Faraday，Gauss和其他人假定，被普遍認為是Maxwell方程（參見圖2））。麥克斯韋（Maxwell）表示，任何加速電荷都會輻射，因此，天線可以定義為控制時變電流流動的EM設備。從而產生電磁輻射。

高頻微波天線結構可以被認為具有三個部分，即電磁發生器，引導結構和過渡區域（見圖3）。圖3是喇叭天線的有限元方法（FEM）仿真的結果，顯示了相應部分中的射頻能量流。EM發生器將EM波輸入到導向結構（喇叭形喇叭的輸入）中，然后將其導向過渡區域。過渡區域是一個匹配的變壓器，將導線的阻抗與377歐姆（自由空間阻抗）匹配。EM波從過渡區域逸出到自由空間，因此導致天線輻射。

盡管現有的天線類型列表太多，無法在此處進行總結，但還是根據它們的商業和軍事應用來選擇和討論其中的幾種。

高頻微波天線基礎

天線合格參數（AQP）

可以根據空間和電路參數定量地描述天線（參見圖4）。AQP分別定義了天線的輻射特性和阻抗特性，并列出如下：3

1.天線增益，G和方向性（方向性增益），D

2.天線溫度，T

3.耐輻射性，R

4.半功率波束寬度，帶寬3dB

5.指向，觀察方向或掃描角度

6.旁瓣電平（SLL）特性，例如峰值SLL（PSLL），平均SLL（ASLL）。

7.交叉極化（x-pol）特性

8.軸比（AR）

G參照各向同性天線（G = 1）測量天線方向圖的方向性，因此可以dBi（對于各向同性i）進行測量。它與D的不同之處在于，它考慮了導體，空間（輻射）和導線（電介質或空氣）的各種損耗，3不包含在定向增益D中。因此，G始終小于D。BW 3dB是距輻射圖主光束的最大值或峰值的兩個– 3 dB點之間的角距離。視線方向定義了陣列以機械方式（使用伺服電機）或電子方式（通過對陣列元素進行數字施加的相移）掃描時，天線方向圖的主波束指向的方向。4 圖5圖1示出了定向天線的典型輻射方向圖。除了所需的主波瓣（ML）外，還有其他比ML幅值小得多的不需要的波瓣，稱為旁波瓣，以SLL為特征。

理想的高頻微波天線沒有旁瓣。然而，由于天線接地平面的有限性質，由于在正向和反向方向上流動的電流之間的相長和相消干擾，在天線孔徑上傳播的電流會從其有限邊緣反射，從而導致旁瓣形成。該旁瓣包絡（參見圖5）可以通過參考ML測量的PSLL，ASLL和均方根（RMS）SLL來表征。交叉極化（x-pol）級別定義了與所需極化平面正交的平面中的輻射強度級別；因此，對于水平極化天線，x-pol是垂直極化。極化平面定義了包含電場矢量的平面（請參見圖6）。）。AR量化天線的極化，極化可以是橢圓，圓形（AR?0 dB）或線性（AR?∞）。

高頻微波天線分類

圖7顯示了各種天線幾何形狀的分類。它包括有線天線，行波天線，反射器天線，微帶天線，對數周期天線，孔徑天線以及其他諸如近場通信（NFC）天線和分形天線的天線。取決于類型，單個天線元件的增益可能從0 dBi（單極）到10-12 dBi（例如，錐形縫隙天線和螺旋形天線）。

根據功率處理，G，SLL，尺寸，重量和體積等規格，可以為某些應用選擇類別。例如，天文射電望遠鏡天線需要非常高的增益和高功率處理能力，并且需要在暴露于不同且經常是嚴峻的拓撲和環境條件的大區域中進行開放安裝。這些要求通常通過反射器天線陣列來滿足。3適用于房地產有限的平臺，例如高空平臺（HAPS）2對于戰斗機而言，微帶天線非常有用，重量輕，外形小巧，并且在本質上是合適的。行波天線和對數周期天線對于超寬帶和高功率處理應用非常有用。分形天線可用于實現手機內部的嵌入式天線結構。平面倒置折疊天線（PIFA）是可穿戴式保形天線應用的良好結構。天線陣列可用于雷達等應用，這些應用需要較高的增益才能在更長的范圍內進行檢測，而定向波束則需要進行目標跟蹤。4

高頻微波天線陣列

一些應用要求天線具有高增益，窄帶寬3dB和電子波束控制。這些是單個天線無法輕松滿足的要求。對于這些應用，必須使用稱為天線陣列的天線簇。3對于一個N元陣列，G等于單天線增益Go的N倍，即

BW 3dB與G成反比，即

通常用于同等饋送的數組元素。3

天線陣列可以分為三大類（參見圖8）：

線性天線陣列（LAA），由一維天線元件簇組成。

平面天線陣列（PAA），由天線元件的二維簇組成。

保形天線陣列（CAA），由一維或二維天線元件簇共形排列在一個表面上組成。

方向性的廣義表達式，D

高頻微波天線陣列的D可以定義為9

其中P o是平均輻射功率， 是給定方向上的最大輻射功率。

天線的方向性和增益與

 代表天線的反射系數（電路參數），該系數定義了天線過渡區域中的失配，該失配與引導結構的特征阻抗與自由空間的阻抗匹配，以將能量最大程度地從天線結構傳遞到空間。因此，由于導體，電介質和失配損耗，G < D。3、9

天線的工作帶寬（OBW）可以定義為頻率點范圍，在該頻率點范圍內，天線空間和電路參數（根據AQP可以測量）在用戶定義的期望范圍內。OBW可以根據輻射帶寬和阻抗帶寬來分類。3

高頻微波天線與高頻微波天線陣列的研究趨勢

當前的幾個研究領域包括但不限于：

1.微帶反射陣列

2.可重構微帶天線

3.穿戴式天線

4.多輸入多輸出（MIMO）天線

5.超寬帶天線（UWB）

6.超材料天線

7.連接的陣列天線

8.擋風玻璃天線

9.分形天線

10.智能天線

11.變形的地面結構（DGS）/電磁帶隙（EBG）天線

12.保形天線陣列

13.共享孔徑天線

14.雷達天線

微帶反射陣列

這個概念是由Berry等人介紹的。1963年使用波導10，后來又使用微帶技術實現。11-16反射天線和相控陣構成反射陣列天線的工作原理（請參見圖9）。平面天線元件的尺寸和幾何形狀的變化導致了等效的相移，模仿了拋物面反射器的行為。反射器攔截位于其焦點處的輻射器的入射波，并散射回能量，該能量由于其設計的幾何形狀而準直，并形成輻射束。它具有相關的空間損失和溢出損失。另一方面，相控陣包括RF網絡，該RF網絡包括移相器，衰減器，放大器和用于接收/發送能量的饋電網絡。因此，存在相關的RF損耗。反射陣列天線克服了這些問題。反射陣列是一種相變結構，其中的大多數元素都接近諧振。因此，它提供了傳統拋物面反射器天線的替代方案。

Samaiyar等。圖14討論了反射陣列在實現ISM頻帶中在5.8GHz的同時發送和接收操作中的應用。深谷等。圖15描述了一種Tx和Rx反射陣列衛星天線，其包括多個喇叭和單層平面反射陣列，該平面反射陣列通過極化和頻率沿方位角的不同方向輻射掃描束。使用緊密耦合偶極子陣列（TCDA）設計的反射陣列的工作頻率為3.4至10.6 GHz。16已經證明，微帶反射陣列天線可以代替笨重的反射天線和昂貴的相控陣。