天线阵的分析
这个例子演示了如何在天线工具箱™中创建和分析天线阵列，重点介绍了波束扫描、旁瓣电平、互耦、元素模式和光栅瓣等概念。分析是在半波长偶极子的9元线性阵列上进行的
设计频率和阵列参数
选择设计频率为1.8 GHz，这恰好是3G/4G蜂窝系统的载波频率之一。使用元素数量N和元素间间距dx定义数组大小。
频率= 1.8 e9;c = physconst (“光速”);拉姆达= C /频率;N = 9;DX = 0.49 *波长;
创建共振偶极子
阵列的各个元件是偶极子。此偶极子的初始长度被选择为
。调整其长度以达到共振(X~0
）。
dipole_L =波长/ 2;dipole_W =波长/ 200;mydipole =偶极;mydipole.Length = dipole_L;mydipole.Width = dipole_W;mydipole.TiltAxis =“Z”;mydipole。倾斜= 90;fmin = freq - .05*freq;fmax = freq + .05*freq;风骚女子= 0.0001;电抗所能达到的最小值修剪= 0.0005;在每次迭代中缩短长度的量resonant_dipole = dipole_tuner (mydipole频率、fmin fmax,风骚女子,修剪);Z_resonant_dipole =阻抗(resonant_dipole、频率)
Z_resonant_dipole = 71.7984 - 0.7520i
helement =图;显示(resonant_dipole)轴紧
创建线性数组
分配谐振偶极为线性阵列的单独的散热器。虽然孤立偶极子已经在设计频率被调整为共振，它会被失谐的阵列环境。修改元件的数量和间隔，并观察阵列的几何形状。的元件被定位在所述x轴和被编号从左到右。
dipole_array = linearArray;dipole_array。元素= resonant_dipole;dipole_array。NumElements = N;dipole_array。ElementSpacing = dx;hArray =图;显示(dipole_array)轴紧
三维阵列图形
在设计频率处可视化三维空间中线性阵列的模式。
pattern3Dfig =图;模式(dipole_array、频率)
二维辐射图
阵列的3D图形显示了波束在90度方位角下的最大值。在方位角平面(x-y平面)绘制与零仰角对应的2D辐射图形。
patternazfig1 =图。az_angle = 1：0.25：180;图案（dipole_array，频率，az_angle，0，“CoordinateSystem”,“矩形”)轴([0 180 -25 15])
该阵列的峰值指向性为12.83 dBi，峰两侧的第一个旁瓣下降约13 dB。这是因为该阵列有一个均匀的振幅锥度与所有元素馈电1V。通过对切比雪夫和泰勒等阵列元素使用不同的振幅变细器来控制旁瓣电平。
光束扫描
选择的一组相移允许我们将光束扫描到特定的角度。此线性阵列的结构，能够在扫描方位平面（x-y平面），其对应于零仰角。扫描光束30度离宽（120度的方位角）。
scanangle = [120 0];PS =相移（频率，DX，scanangle，N）;dipole_array.PhaseShift = PS;patternazfig2 =图。图案（dipole_array，频率，az_angle，0，“CoordinateSystem”,“矩形”)轴([0 180 -25 15])
主梁的峰值现在距离初始峰值30度(方位角= 90度)。注意指向性下降约0.9 dB。对于无限阵列，这种下降随着扫描角度的增加而增加，这符合余弦定理。
角元素和中心元素的图形元素模式
在小型数组中，单个元素的模式可能有很大差异。为了确定这一事实，绘制中心元素和两个边缘元素的模式。要获得这些图案，只需激活每个元素，并将其余的元素终止为参考阻抗。元素按x轴方向从左到右编号。
element_number = [1 ceil(N/2)-1 ceil(N/2) ceil(N/2)+1 N];D_element =南(元素个数(element_number),元素个数(az_angle));legend_string =细胞(1,元素个数(element_number));对于i = 1:numel(element_number) D_element(i，:) = pattern(dipole_array,freq,az_angle,0，…“CoordinateSystem”,“矩形”,…“ElementNumber”，将Element_number（i）中，…“终止”真正的(Z_resonant_dipole));legend_string{我}= strcat (“N =”num2str (element_number(我)));结束patternazfig3 =图。图（az_angle，D_element，'行宽'(1.5)包含的方位(度))ylabel (“方向性(dBi)”）标题（“元模式”）网格在传奇(legend_string“位置”,'最好')
的plot of the element patterns reveals that, apart from the central element, all the others are mirror images about the center of the plot, i.e. the element pattern of the 1st element is a mirror reflection about azimuth = 90 deg of the element pattern of the 9th element, etc.
相互耦合
互耦合的现象，其中阵列中的每个元件上显影电流不靠自己激发仅依赖的，但具有与其他元件以及贡献。为了研究这种影响，我们将简化阵列类似于[1]的2元件的情况。
dipole_array。NumElements = 2;dipole_array。AmplitudeTaper = 1;dipole_array。移相= 0;
观察相互耦合的效果，改变所述阵列元件之间的间隔和在绘制的变化
，阵列[1]中偶极子对之间的互阻抗。由于这些元素彼此平行，耦合性很强。
间隔=(λ/ 2:0.05:2)。*λ;Z12 =南(1,元素个数(间距));对于i = 1:numel(间距)dipole_array。ElementSpacing =间距(i);s = sparameters (dipole_array频率,实际(Z_resonant_dipole));S = s.Parameters;Z12 (i) = 2 * (1、2) * 70 / ((1 - (1,1)) * (1 - S (2, 2)), (1、2) * (2, 1));结束mutualZ12fig =图。情节（spacing./lambda,real（Z12），间距。/λ，IMAG（Z12），'行宽'(2)包含的间距,d / \λ)ylabel (“阻抗(ω\)”）网格在标题（“互阻抗随间距变化”)传说('抵抗性',电抗的)
光栅叶
光栅叶栅是根据模式乘法原理预测出的主光束的最大值。当阵列间距小于或等于，只有主瓣存在于可见空间中，没有其他的光栅瓣。当阵列间距大于时，出现栅瓣。对于大的间距，光栅波瓣（一个或多个）可以即使在零扫描角出现在可见空间。调查栅瓣的9个偶极子线性阵列。扫描光束0度离宽（90度的方位角）。
dipole_array。NumElements = 9;dipole_array。ElementSpacing =λ/ 2;D_half_lambda =模式(dipole_array,频率,az_angle, 0,“CoordinateSystem”,“矩形”);dipole_array。ElementSpacing = 0.75 *λ;D_three_quarter_lambda =模式(dipole_array,频率,az_angle, 0,“CoordinateSystem”,“矩形”);dipole_array.ElementSpacing = 1.5 *波长;D_lambda =图案（dipole_array，频率，az_angle，0，“CoordinateSystem”,“矩形”);patterngrating1 =图;情节(az_angle、D_half_lambda az_angle、D_three_quarter_lambda az_angle, D_lambda,'行宽'，1.5）;格在包含(的方位(度))ylabel (“方向性(dBi)”）标题（“阵列模式（仰角= 0度）”)传说('d = \拉姆达/ 2',' d = 0.75 \λ,' d = 1.5 \λ,“位置”,'最好')
相比间隔的数组,
间隔开的阵列示出了2个额外的同样强峰在可见光空间 - 栅瓣。的
间隔阵列仍然有一个单一的独特的波束峰值在零扫描横向(方位角90度)。从侧面扫描这个阵列，观察光栅叶的外观。
dipole_array。ElementSpacing = 0.75 *λ;azscan = 45:10:135;扫描角= [azscan; 0 (1,numel(azscan))];D_scan =南(元素个数(azscan),元素个数(az_angle));legend_string1 =细胞(1,元素个数(azscan));对于I = 1：numel（azscan）PS =相移（频率，DX，scanangle（：，i）中，N）;dipole_array.PhaseShift = PS;D_scan（I，:) =图案（dipole_array，频率，az_angle，0，“CoordinateSystem”,“矩形”);legend_string1{我}= strcat (“扫描=”，num2str（azscan（I）），“度”);结束patterngrating2 =图;图（az_angle，D_scan，'行宽'，1）xlabel（的方位(度))ylabel (“方向性(dBi)”）标题（“为0.75 \拉姆达间距阵列扫描模式（（仰角= 0度）”）网格在传奇(legend_string1“位置”,'最好')
的
间距具有均匀的激发和零相移阵列不具有在可见空间栅瓣。主光束的峰值在宽边（方位角= 90度）时发生。然而，对于65度和更低，为115度和更高的光栅波瓣的扫描角度进入可视空间。为了避免栅瓣，选择间隔的元件或更少。间距越小，相互耦合越强。
元素图案对阵列图案的影响
为了研究对整体排列图案的元件图案的效果，相对于积的9个偶极子在宽边的线性阵列的归一化的指向性归一化的中心元件图案。
dipole_array。ElementSpacing = 0.49 *λ;dipole_array。移相= 0;距离=模式(dipole_array频率90,0);D_scan =南(元素个数(azscan),元素个数(az_angle));%预先分配legend_string2 =细胞(1,元素个数(azscan) + 1);legend_string2 {1} =“中心元素”;对于I = 1：numel（azscan）PS =相移（频率，DX，scanangle（：，i）中，N）;dipole_array.PhaseShift = PS;D_scan（I，:) =图案（dipole_array，频率，az_angle，0，“CoordinateSystem”,“矩形”);D_scan（I，:) = D_scan（I，:) - 的Dmax;legend_string2 {I + 1} = strcat的（“扫描=”num2str (azscan(我)));结束patternArrayVsElement =图;情节(az_angle D_element (3:) - max (D_element (3:)),'行宽'3）保持在图（az_angle，D_scan，'行宽'，1）轴线（[分钟（az_angle）MAX（az_angle）-20 0]）xlabel（的方位(度))ylabel (“方向性(dBi)”）标题（“扫描模式为0.49\lambda间距阵列”）网格在传奇(legend_string2“位置”,“东南”)举行从
注意的归一化阵列图案的整体形状大致如下归一化的中心元件图案接近宽边。一般的阵列图形是元件图案和阵列因子（AF）的乘积。
参考
[1] W. L. Stutzman，G. A.蒂勒，天线理论和设计，第307，Wiley出版社，第3版，2013。
