偶极子数组使用孤立的元素模式模型

在[4],讨论的中心元素5 $$\lambda$$X 5 $$\lambda$$数组开始表现得像在无限阵列。这样的光圈将对应于一系列10 X 10的半波间隔的散热器。我们选择略超过这个极限,考虑一个11 X 11组 $$\lambda /2$$偶极子。

Nrow = 11;Ncol = 11;卓尔精灵= 0.5 *λ;dcol = 0.5 *λ;

偶极子天线元素

我们选择的单独的元素是一个偶极子。选择略低于它的长度 $$\lambda /2$$和半径约为 $$\lambda /150$$。

mydipole =偶极子;mydipole。长度= 0.47 *λ;mydipole。宽度= cylinder2strip (0.191 e - 3);

URA所言,一个孤立的偶极子

创建一个11 X 11 URA所言并分配的孤立的偶极子元素。调整间距是半波10 GHz。现在偶极子倾斜设置为零,所以,其方向与阵列几何- z平面上。

myURA2 = phased.URA;myURA2。元素= mydipole;myURA2。大小= [Nrow Ncol];myURA2。ElementSpacing =[卓尔dcol];

11 X 11数组的创建全波模型

使用天线工具箱™创建一系列的全波模型11 x 11的共振偶极子。由于默认取向偶极子元素的图书馆是沿着z轴,我们倾斜,这样在x - y平面阵列最初形成,然后倾斜数组来匹配数组的轴心。

myFullWaveArray = rectangularArray;myFullWaveArray。元素= mydipole;myFullWaveArray.Element。倾斜= 90;myFullWaveArray.Element。TiltAxis = (0 0 1);myFullWaveArray。大小= [Nrow Ncol];myFullWaveArray。行空间=卓尔精灵;myFullWaveArray。ColumnSpacing = dcol; myFullWaveArray.Tilt = 90; myFullWaveArray.TiltAxis =“Y”;图;显示(myFullWaveArray)标题(偶极子天线的阵列矩形11 X 11)

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使用嵌入元素模型阵列偶极子模式

计算嵌入元素模式

计算完整的3 d元素嵌入模式电场的大小。在[3]中,扫描阻力和扫描间隔电抗无限阵列谐振的偶极子 $$\lambda /2$$分开。选择侧向阻力位为所有元素的终止。计算元素嵌入模式,使用模式额外的输入参数的函数,通过元素数量(中心元素的索引)和终止阻力。

Zinf = 76 + 1我* 31;ElemCenter = (prod (myFullWaveArray.Size) 1) / 2 + 1;阿兹= 180:2:180;el = 90:2:90;h = waitbar (0,“计算中心元素嵌入模式....”);embpattern =模式(el myFullWaveArray,频率,az,…“ElementNumber”ElemCenter,…“终止”,真正的(Zinf),…“类型”,“efield”);waitbar (1 h,模式计算完成的);删除(h);

URA所言与嵌入元素模式

这种内嵌元素模式导入自定义天线元素。

embpattern = 20 * log10 (embpattern);fmin =频率- 0.1 *频率;fmax =频率+ 0.1 *频率;freqVector = [fmin fmax];EmbAnt = phased.CustomAntennaElement (“FrequencyVector”freqVector,…“AzimuthAngles”阿兹,“ElevationAngles”埃尔,…“MagnitudePattern”embpattern,“PhasePattern”0(大小(embpattern)));

创建一个统一的矩形阵列(URA所言),自定义天线元素,元素嵌入模式。

myURA1 = phased.URA;myURA1。元素= EmbAnt;myURA1。大小= [Nrow Ncol];myURA1。ElementSpacing =[卓尔dcol];

在仰角和方位平面阵列模式进行比较

计算模式在高程平面(指定的方位= 0度,也称为E-plane)和方位平面(指定高程= 0度和所谓的h面)三个数组:基于孤立元素模式,基于嵌入式元素模式和基于全波模型。

Eplane1 =模式(myURA1频率0,el);Eplane2 =模式(myURA2频率0,el);[Eplane3, ~, el3e] =模式(myFullWaveArray频率0,el);图;情节(el Eplane2, el, Eplane1 el3e, Eplane3,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -60 30])网格在包含(的高度角(度)。);ylabel (“方向性(dBi)”);标题(“E-plane阵列指向性比较”)传说(“隔离模式”,“嵌入式模式”,“全波解”)

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Hplane1 =模式(myURA1,频率,az / 2,0);Hplane2 =模式(myURA2,频率,az / 2,0);Hplane3 =模式(myFullWaveArray,频率,az / 2,0);图;情节(az / 2 Hplane2 az / 2, Hplane1, az / 2, Hplane3,“线宽”,1.5);轴([min (az / 2) max (az / 2) -60 30])网格在包含(“方位角(度)。”);ylabel (“方向性(dBi)”);标题(“h平面阵列指向性比较”)传说(“隔离模式”,“嵌入式模式”,“全波解”)

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大约23 dBi阵列指向性。这个结果是接近峰值的理论计算方向性[5]考虑缺乏反射器后,D = 4 $$\pi$$ $$\mathrm{一个}$$/ $${\lambda }^2$$ $$NrowNcol$$, $$\mathrm{一个}=drow*dcol$$。

规范化的指向性三个数组,情节比较。

图;Eplanenormlz1 = Eplane1 - max (Eplane1);Eplanenormlz2 = Eplane2 - max (Eplane2);Eplanenormlz3 = Eplane3 - max (Eplane3);情节(el、Eplanenormlz2 el Eplanenormlz1, el, Eplanenormlz3,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -60 0])网格在包含(的高度角(度)。);ylabel (“方向性(dB)”);标题(“规范化E-plane阵列指向性比较”)传说(“隔离模式”,“嵌入式模式”,“全波解”)

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图;Hplanenormlz1 = Hplane1 - max (Hplane1);Hplanenormlz2 = Hplane2 - max (Hplane2);Hplanenormlz3 = Hplane3 - max (Hplane3);情节(az / 2 Hplanenormlz2 az / 2, Hplanenormlz1, az / 2, Hplanenormlz3,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -60 0])网格在包含(“方位角(度)。”);ylabel (“方向性(dB)”);标题(“归一化h平面阵列指向性比较”)传说(“隔离模式”,“嵌入式模式”,“全波解”)

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主要模式的比较表明,梁和第一个旁瓣对所有三种情况是一致的。远离主光束显示增加耦合对旁瓣水平的影响。正如所料,内嵌元素模式方法表明全波仿真模型之间的耦合水平和孤立的元素模式的方法。

与25 * 25的数组

数组的行为模式与嵌入元素模式有着密切的联系。理解我们的选择11 X 11数组影响中心元素的行为,我们增加数组大小25 * 25阵列(12.5 $$\lambda$$X 12.5 $$\lambda$$孔径大小)。注意,三角网格大小的全波矩量法(MoM)分析625个元素增加到25000三角形(40三角形/偶极子)和嵌入元素的计算模式大约需要12分钟2.4 GHz机32 GB内存。这一次可以减少通过降低网格大小每个元素通过啮合手动使用最大边的长度 $$\lambda /20$$。

负载dipolearrayembpattern = 20 * log10 (DipoleArrayPatData.ElemPat);EmbAnt2 =克隆(EmbAnt);EmbAnt2。一个zimuthAngles = DipoleArrayPatData.AzAngles; EmbAnt2.ElevationAngles = DipoleArrayPatData.ElAngles; EmbAnt2.MagnitudePattern = embpattern; Eplane1 = pattern(EmbAnt2,freq,0,el); Eplane1 = Eplane1 - max(Eplane1); Eplane2 = pattern(mydipole,freq,0,el); Eplane2 = Eplane2 - max(Eplane2); embpatE = pattern(EmbAnt,freq,0,el); embpatE = embpatE-max(embpatE); figure; plot(el,Eplane2,el,embpatE,el,Eplane1,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -60 0])网格在包含(的高度角(度)。);ylabel (“方向性(dB)”);标题(“方向性比较规范化E-plane元素”)传说(“IsolatedPattern”,“嵌入式模式- 11 X 11”,嵌入式模式——25 * 25的,“位置”,“最佳”)

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Hplane1 =模式(EmbAnt2频率0,az / 2);Hplane1 = Hplane1 - max (Hplane1);Hplane2 =模式(mydipole频率0,az / 2);Hplane2 = Hplane2 - max (Hplane2);embpatH =模式(EmbAnt,频率,az / 2,0);embpatH = embpatH-max (embpatH);图;情节(az / 2 Hplane2 az / 2, embpatH, az / 2, Hplane1,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -60 0])网格在包含(“方位角(度)。”);ylabel (“方向性(dB)”);标题(“方向性比较规范化的h面元素”)传说(“IsolatedPattern”,“嵌入式模式- 11 X 11”,嵌入式模式——25 * 25的,“位置”,“最佳”)

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上面的图显示,嵌入元素模式之间的区别11 X 11和25 * 25数组,分别小于0.5分贝,E-plane。然而,h平面显示了11 X 11组更多的变化与25 * 25的数组。

扫描行为模式和嵌入元素

基于嵌入式扫描数组元素模式定义的高程平面方位角= 0度,绘制规范化的方向性。同时,叠加模式规范化嵌入元素。注意规范化阵列模式的整体形状大约遵循规范化嵌入元素的模式。这也是乘法原理预测的模式。

eplane_indx =找到(az = = 0);scan_el1 = 30:10:30;scan_az1 = 0(1,元素个数(scan_el1));scanEplane = [scan_az1; scan_el1];hsv = phased.SteeringVector;hsv。SensorArray = myURA1;hsv。IncludeElementResponse = true;重量=步骤(hsv,频率,scanEplane); legend_string1 = cell(1,numel(scan_el1)+1); legend_string1{end} =“内嵌元素”;scanEPat =南(元素个数(el),元素个数(scan_el1));为i = 1:元素个数(scan_el1) scanEPat(:,我)=模式(myURA1、频率、scan_az1(我),el,“重量”权重(:,i));% -23.13;legend_string1{我}= strcat (“扫描= 'num2str (scan_el1(我)));结束scanEPat = scanEPat - max (max (scanEPat));图;情节(el scanEPat,“线宽”,1.5);持有在网格在情节(el embpatE,“-”。,“线宽”,1.5);轴([min (el) max (el) -50 0])包含(“高程(度)。”)ylabel (“方向性(dB)”)标题(“E-plane扫描比较”)传说(legend_string1“位置”,“东南”)举行从

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扫描失明

在大型数组,数组可能方向性将大幅减少在某些扫描角度。在这些扫描角,称为盲角,数组不辐射力量提供的输入终端[3]。两个常见的失明状况发生的机制

可以检测扫描盲在大型有限阵列通过研究嵌入式元素模式(也称为数组元素模式在无限阵列分析)。数组被调查在这个例子中没有介质衬底/地平面,因此消除了表面波。然而我们可以调查第二个机制,即栅瓣激发。为此,让我们增加整个数组的行和列间距是0.7 $$\lambda$$。因为这个间距大于半波限制我们应该期待光栅叶可见空间超越一个特定的扫描角。作为[3]指出,准确预测的栅瓣盲角深度有限阵列的偶极子,我们需要有一个数组的大小41 X 41或更高。我们将比较3例,即11 X 11、25 * 25, 41 X 41尺寸数组和检查是否存在盲角至少可以观察到在11 X 11数组。正如前面提到的,结果是预先计算的天线工具箱™和保存在一个垫子文件。减少计算时间,是网状的最大边缘长度的元素 $$\lambda /20$$。

负载dipolearrayblindness.mat

规范化E-plane嵌入元素模式三个大小的数组

归一化h平面嵌入元素模式三个大小的数组。注意到死角- 26度左右。

结论

嵌入元素模式的方法是一个可能的方式执行大型有限阵列的分析。他们需要如此之大,边缘效应可以忽略。孤立的元素模式被替换为嵌入式模式包括相互耦合的影响。

参考

[1]r . j . Mailloux相控阵天线手册,Artech房子,第二版,2005年版

[2]w·斯塔茨曼蒂埃尔,天线理论和设计,约翰威利& Sons Inc .,第3版,2013年版。

[3]r·c·汉森相控阵天线,7和8章,约翰威利& Sons Inc .第二版,1998年版。

[4]h·霍尔特,h . Steyskal有限相控阵模型的尺寸要求,”IEEE天线和传播,《当代,没有。6,pp.836 - 840, 2002年6月。

[5]p·w·汉纳”,相控阵天线的Element-Gain悖论”,IEEE天线传播,12卷,没有。4、1964年7月,页423 - 433。