電子掃描陣列（ESA），也稱作相控陣，利用電子手段實(shí)現(xiàn)波束的靈活掃描，無(wú)需物理移動(dòng)部件，從而具備了快速改變波束方向的能力。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其波束的指向性可控、掃描范圍廣泛，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高增益。

相控陣天線發(fā)射的電磁場(chǎng)及其能量分布通常通過(guò)歸一化的方向圖來(lái)展示，該方向圖揭示了波束的形狀、天線的增益以及副瓣等關(guān)鍵特性。

在相控陣中，波束的指向始終與等相位面垂直，而等相位面的位置由陣元間的饋電關(guān)系決定。當(dāng)所有陣元均接受等幅饋電時(shí)，線性陣列的波束方向圖函數(shù)呈現(xiàn)為sinc函數(shù)形式。通過(guò)分析陣因子，可以計(jì)算出相控陣的波束寬度，相關(guān)的公式推導(dǎo)在專業(yè)書(shū)籍中有詳細(xì)介紹，這里給出結(jié)果：

在均勻口徑照射條件下，3dB波束寬度的常數(shù)k約為0.886，而4dB波束寬度的常數(shù)k則約為1。

從上述公式可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象：天線口徑（Nd）的增加，伴隨著陣元數(shù)量的增多和陣元間距的擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致波束寬度縮小。簡(jiǎn)而言之，線陣的長(zhǎng)度增加會(huì)使得波束變得更加狹窄，進(jìn)而提升天線的增益。

進(jìn)一步探討，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)掃描角度的擴(kuò)大對(duì)波束寬度有顯著影響。當(dāng)掃描角度達(dá)到正負(fù)60度時(shí)，其余弦值增至1/2，相較于0度時(shí)翻了一番。這表明，隨著掃描角度的增加，波束寬度會(huì)加寬，同時(shí)天線增益也會(huì)受到影響而降低。因此，通常情況下，掃描角度會(huì)限制在正負(fù)60度以內(nèi)，這也是為何某些軍艦或預(yù)警飛機(jī)采用三塊天線以實(shí)現(xiàn)360度空域覆蓋的原因。

在保持天線口徑不變的前提下，波長(zhǎng)的增加會(huì)導(dǎo)致波束寬度擴(kuò)大。例如，在機(jī)載火控雷達(dá)的應(yīng)用中，由于可用空間有限，更適合采用波長(zhǎng)較短、頻率較高的頻段，以此獲得更窄的波束，從而提高雷達(dá)的性能。

從該圖可以看出：

1. 隨著波束指向的增大，波束寬度變胖，當(dāng)達(dá)到60°時(shí)，變胖了一倍。 2. 隨著波束指向的增大，增益也有降低。 3. 沒(méi)有進(jìn)行降低旁瓣的加權(quán)，旁瓣較高。

波束寬度與掃描角θB的關(guān)系：

當(dāng)掃描的最大角度為θmax時(shí)，為了不出現(xiàn)刪瓣，陣元間距d和波長(zhǎng)λ需要滿足關(guān)系： 

也就是說(shuō)當(dāng)陣元間距小于半波長(zhǎng)時(shí)，即使掃描到90°都不會(huì)出現(xiàn)刪瓣。如果你想看看出現(xiàn)刪瓣的情況，這里也有(設(shè)置d=0.7λ)。