建模在大型数组使用无限阵列分析相互耦合

这个示例使用:

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这个示例使用无限阵列分析模型大有限的数组。无限阵列单元细胞分析揭示了扫描阻抗行为在一个特定的频率。此信息用于孤立的知识元素模式和阻抗计算扫描模式。大有限的数组然后使用假设建模元素数组中的每个元素具有相同的扫描模式。

这个例子需要天线工具箱™。

定义单独的元素

在这个例子中,我们选择x波段的中心作为我们的设计频率。

频率= 10 e9;vp = physconst (“光速”);λ= vp /频率;ucdx = 0.5 *λ;ucdy = 0.5 *λ;

创建一个薄的偶极子长度略小于 $\λ/ 2美元$ 并把它作为励磁机一个无限大的反射器。

d =偶极子;d。长度= 0.495 *λ;d。宽度=λ/ 160;d。倾斜= 90;d。TiltAxis = (0 0 1);r =反射器; r.Exciter = d; r.Spacing = lambda/4; r.GroundPlaneLength = inf; r.GroundPlaneWidth = inf; figure; show(r);

计算孤立元素模式和上面的天线的阻抗。这些结果将被用于计算扫描元素模式(9月)。这个词也被称为数组元素模式(AEP)或嵌入元素模式(保留)。

%定义阿兹和el向量阿兹= 0:2:360;el = 90: 2: -90;%计算功率模式giso =模式(r,频率,az, el,“类型”,“权力”);%计算阻抗Ziso =阻抗(r,频率);

计算无限阵列扫描模式元素

单胞在无限阵列分析这个术语单胞是指无限数组中的一个元素。单位细胞元素需要一个地平面。天线,没有一个地平面反射器需要支持。一个代表性的例子支持的每种情况下将偶极子反射器和微带贴片天线。这个例子将使用偶极子由一个反射器和分析阻抗行为10 GHz扫描角的函数。单位细胞将会有一个 $\λ/ 2美元$ x $\λ/ 2美元$ 横截面。

r。GroundPlaneLength = ucdx;r。GroundPlaneWidth = ucdy;infArray = infiniteArray;infArray。元素= r;infArray。ScanAzimuth = 30;infArray。ScanElevation = 45; figure; show(infArray);

扫描阻抗单一频率和单一的扫描阻抗扫描角如下所示。

scanZ =阻抗(infArray、频率)

scanZ e = 1.0860 + 2 + 3.0442 e + 01

对于本例全量扫描的扫描阻抗计算使用50术语在周期性绿党的双重求和函数来提高收敛行为。

扫描模式/数组元素模式/内嵌元素模式扫描元素模式(9)计算从无限阵列扫描阻抗,阻抗孤立元素模式和孤立的元素。这里显示的表达式使用[1],[2]:

$$ \ displaystyle g_sθ(\)= $ $ \ displaystyle \压裂{4 R_g R_i& # xA; (g_iθ(\)}{| Z_sθ(\)+ Z_g | ^ 2} $$

负载atexInfArrayScanZDatascanZ = scanZ。”;Rg = 185;Xg = 0;Zg = Rg + 1我* Xg;gs =南(元素个数(el),元素个数(az));为i = 1:元素个数(el)为j = 1:元素个数(az) gs (i, j) = 4 * Rg *真实(Ziso)。* giso (i, j)。/ (abs (scanZ (i, j) + Zg)) ^ 2;结束结束

构建定制的天线元素

扫描元素模式代表权力模式是用于构建一个定制的天线元素。

fieldpattern = sqrt (gs);带宽= 500 e6;customAntennaInf = helperATXBuildCustomAntenna (…fieldpattern、频率、带宽、az el);图;模式(customAntennaInf、频率);

构建21 X 21 URA所言

创建一个统一的矩形阵列(URA所言),自定义天线元素,元素扫描模式。

N = 441;Nrow = sqrt (N);Ncol = sqrt (N);卓尔精灵= ucdx;dcol = ucdy;myURA1 = phased.URA;myURA1。元素= customAntennaInf;myURA1。大小= [Nrow Ncol]; myURA1.ElementSpacing = [drow dcol];

剧情片在E和H飞机

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)的数组使用无限阵列构建分析。

azang_plot = 90:0.5:90;elang_plot = 90:0.5:90;% E-planeDarray1_E =模式(myURA1频率0,elang_plot);Darray1_Enormlz = Darray1_E - max (Darray1_E);% h面Darray1_H =模式(myURA1,频率azang_plot 0);Darray1_Hnormlz = Darray1_H - max (Darray1_H);%扫描元素模式在两架飞机DSEP1_E =模式(customAntennaInf频率0,elang_plot);DSEP1_Enormlz = DSEP1_E - max (DSEP1_E);DSEP1_H =模式(customAntennaInf,频率azang_plot 0);DSEP1_Hnormlz = DSEP1_H - max (DSEP1_H);

图次要情节(211)情节(elang_plot、Darray1_Enormlz elang_plot, DSEP1_Enormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (azang_plot) max (azang_plot) -40 0]);传奇(“数组模式,az = 0度”,“元素模式”)包含(的海拔(度))ylabel (“方向性(dB)”)标题(规范化的方向性的)次要情节(212)情节(azang_plot、Darray1_Hnormlz azang_plot, DSEP1_Hnormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (azang_plot) max (azang_plot) -40 0]);传奇(“数组模式,el = 0度”,“元素模式”)包含(的方位(度))ylabel (“方向性(dB)”)

用全波有限阵列分析比较

理解数组的有限大小的影响,我们执行的全波分析21 X 21偶极子阵列由无限反射器。的全波片阵列模式E和H飞机以及中心元素嵌入模式也是计算。这些数据从垫文件加载。分析了大约630秒2.4 GHz机32 GB内存。

全波数据加载和构建定制的天线加载有限阵列分析数据,并使用嵌入式元素模式来构建一个定制的天线元素。注意,模式的全波分析需要旋转90度,这样就行了的模型建立在YZ平面。

负载atexInfArrayDipoleRefArrayelemfieldpatternfinite =√FiniteArrayPatData.ElemPat);arraypatternfinite = FiniteArrayPatData.ArrayPat;带宽= 500 e6;customAntennaFinite = helperATXBuildCustomAntenna (…elemfieldpatternfinite、频率、带宽、az el);图模式(customAntennaFinite、频率)

创建统一的矩形数组与嵌入元素模式是做过创建一个自定义的统一的矩形阵列天线元素。

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

E、H平面片——与嵌入元素数组模式计算模式片在两个正交的平面- E和H为嵌入式的数组元素模式和嵌入元素模式本身。除了自全波数据数组的模式也可以使用这个比较结果。E-plane

Darray2_E =模式(myURA2频率0,elang_plot);Darray2_Enormlz = Darray2_E - max (Darray2_E);% h面Darray2_H =模式(myURA2,频率azang_plot 0);Darray2_Hnormlz = Darray2_H - max (Darray2_H);

E、H平面片——嵌入式模式从有限的数组元素

DSEP2_E =模式(customAntennaFinite频率0,elang_plot);DSEP2_Enormlz = DSEP2_E - max (DSEP2_E);DSEP2_H =模式(customAntennaFinite,频率azang_plot 0);DSEP2_Hnormlz = DSEP2_H - max (DSEP2_H);

E、H平面片-全波分析的有限的数组

azang_plot1 = 90:2:90;elang_plot1 = 90:2:90;Darray3_E = FiniteArrayPatData.EPlane;Darray3_Enormlz = Darray3_E - max (Darray3_E);Darray3_H = FiniteArrayPatData.HPlane;Darray3_Hnormlz = Darray3_H - max (Darray3_H);

阵列模式的比较数组模式在两个正交平面绘制。

图次要情节(211)情节(elang_plot、Darray1_Enormlz elang_plot, Darray2_Enormlz,…elang_plot1 Darray3_Enormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (elang_plot) max (elang_plot) -40 0]);传奇(“无限”,“有限”,“有限的全波”,“位置”,“最佳”)包含(的海拔(度))ylabel (“方向性(dB)”)标题(E-plane (az = 0度)归一化阵列指向性的)次要情节(212)情节(azang_plot、Darray1_Hnormlz azang_plot, Darray2_Hnormlz,…azang_plot1 Darray3_Hnormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (azang_plot) max (azang_plot) -40 0]);传奇(“无限”,“有限”,“有限的全波”,“位置”,“最佳”)包含(的方位(度))ylabel (“方向性(dB)”)标题(“h平面(el = 0度)规范化阵列指向性的)

两架飞机的情节模式显示,所有三种分析方法建议类似的行为从瞄准线+ / -40度。超出这个范围,使用元素扫描模式,所有元素在低估了旁瓣水平相比,有限的全波分析数组。一个可能的原因是边缘效应的有限大小的数组。

比较元素的模式从无限的数组元素模式分析和有限阵列分析比较。

图次要情节(211)情节(elang_plot、DSEP1_Enormlz elang_plot, DSEP2_Enormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (azang_plot) max (azang_plot) -40 0]);传奇(“无限”,“有限”,“位置”,“最佳”)包含(的海拔(度))ylabel (“方向性(dB)”)标题(“E-plane (az = 0度)归一化元素方向性的)次要情节(212)情节(azang_plot、DSEP1_Hnormlz azang_plot, DSEP2_Hnormlz,“线宽”,2)网格在轴([min (azang_plot) max (azang_plot) -40 0]);传奇(“无限”,“有限”,“位置”,“最佳”)包含(的方位(度))ylabel (“方向性(dB)”)标题(“h平面(el = 0度)归一化元素方向性的)

扫描行为无限阵列扫描模式元素

基于无限阵列扫描扫描数组元素模式定义的高程平面方位角= 0度和策划规范化指向性。另外,覆盖规范化模式扫描元素。

helperATXScanURA (myURA1频率、azang_plot elang_plot,…DSEP1_Enormlz DSEP1_Hnormlz);

注意规范化阵列模式的整体形状大约遵循规范化扫描元素的模式。这也是乘法原理预测的模式。

结论

无限阵列分析是一种工具部署到分析和设计大型有限的数组。分析假设所有的元素都是相同的,边缘效应可以忽略,统一的激励振幅孤立元素模式被替换为扫描模式,包括相互耦合的影响。

参考

[1]j·艾伦,”在偶极子阵列扫描获得和阻抗的变化,“愤怒交易天线和传播,vol.10,不。1962年9月5 pp.566 - 572。

[2]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。