建模互耦在大型阵列中使用嵌入式元件图案

本例使用：

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图案乘法原理指出的阵列的辐射图案可以被视为该元件图案的乘法和阵列因子。然而，当一个天线被部署到一个数组，其辐射方向图是由它相邻的元件改性。这种效果通常被称为相互耦合。因此，为了提高分析的保真度，应该使用与所述图案乘法，而不是分离的元件（由本身位于空间的元素）图案相互耦合效应的元件图案。

不幸的是，通常很难对元素之间的相互耦合效应进行精确的建模。这个例子展示了一种通过嵌入模式来模拟相互耦合效应的可能方法，嵌入模式是指嵌入在有限数组中的单个元素的模式。选择的元素通常位于数组的中心。嵌入的图案是通过元素本身的传输来计算或测量的，同时使用参考阻抗[1]-[3]终止阵列中的所有其他元素。当数组很大时，这种方法可以很好地工作，因此可以忽略边缘效果。

该示例模型两个阵列：首先使用分离元件的图案，第二与嵌入式元件图案和两个与所述的比较结果全波矩量法（MOM）阵列的基于溶液。被建立用于在舷侧扫描该阵列的性能，以及用于扫描离宽。最后，将阵列的间隔被调整到调查扫描失明的发生和相对于基准的结果[3]进行比较。

此示例需要天线工具箱™。

使用隔离元素模式对偶极子阵列建模

首先，我们设计了一个独立元素的数组。在这个例子中，我们选择x波段的中心作为设计频率。

FREQ = 10E9;VP = physconst（“光速”);λ= vp /频率;

在[4]中，讨论了一个5的中心元件 $$ \ $拉姆达$ X 5 $$ \ $拉姆达$ 阵列，其中 $$ \ $拉姆达$ 是波长，开始表现得像是在一个无限阵列。这样的孔将对应于一个10×10阵列的半波长间隔的散热器。我们选择略微超过这个限制，并考虑偶极子的11×11阵列。

Nrow = 11;NcoI位= 11;卓尔= 0.5 *波长;dcol = 0.5 *波长;

选择的偶极子的长度稍低于 $\λ/ 2美元$ 半径大约是 $\拉姆达/ 150$ 。

mydipole =偶极子;mydipole。长度= 0.47 *λ;mydipole。宽度= cylinder2strip (0.191 e - 3);图(“颜色”，'W');显示（mydipole）;

现在创建一个11 X 11 URA并分配分离的偶极作为其元素。调整间隔是半波长在10GHz的元素。所以它的取向在Y-Z平面上的阵列几何形状相匹配的偶极倾斜被设置为零。

isolatedURA = phased.URA;isolatedURA.Element = mydipole;isolatedURA.Size = [Nrow NcoI位];isolatedURA.ElementSpacing = [卓尔dcol];viewArray（isolatedURA）;myFigure = GCF;myFigure.Color ='W';

偶极子模型排列使用嵌入式元件图案

为了计算中心偶极子元素的嵌入模式，我们首先创建前一个阵列的全波模型。由于库中偶极子元素的默认方向是沿着z轴，所以我们倾斜它以使数组在X-Y平面上形成。

fullWaveArray = rectangularArray（...'尺寸',(Nrow Ncol),...'RowSpacing'卓尔精灵,...“列空间”,dcol);fullWaveArray。元素= mydipole;fullWaveArray.Element。倾斜= 90;fullWaveArray.Element。倾斜度= [0 1 0];显示(fullWaveArray)标题('矩形11×11偶极天线阵'）

为了计算嵌入元件图案中，使用图案功能和传中元件数目（中心元素的索引）和终端电阻的附加输入参数。扫描电阻和电抗的扫描间隔为共振偶极子的无限阵列 $\λ/ 2美元$ 开的是在[3]中提供，并且我们选择在宽边作为终止所有元素的电阻。

Zinf = 76 + 1 I * 31;ElemCenter =（PROD（fullWaveArray.Size）-1）/ 2 + 1;AZ = -180：2：180;EL = -90：2：90;EmbElFieldPatCenter =图案（fullWaveArray，频率，AZ，EL，...'ElementNumber'，ElemCenter，“终止”，真正的（Zinf）'类型'，“数字油田”);

导入此嵌入元件图案到定制天线元件和创建使用该元件相同的矩形阵列。由于阵列将在Y-Z平面，旋转图案以匹配扫描平面。

embpattern = helperRotatePattern（AZ，EL，EmbElFieldPatCenter，[0 1 0]，90）;embpattern = mag2db（embpattern）;FMIN =频率 -  0.1 *频率;FMAX =频率+ 0.1 *频率;freqVector = [fmin的fmax的];embantenna = phased.CustomAntennaElement（“FrequencyVector”，freqVector，...'AzimuthAngles'阿兹,“ElevationAngles”，EL，...“MagnitudePattern”embpattern,'PhasePattern'，零（大小（embpattern）））;embeddedURA = phased.URA;embeddedURA.Element = embantenna;embeddedURA.Size = [Nrow NcoI位];embeddedURA.ElementSpacing = [卓尔dcol];

比较阵列模式在仰角和方位角平面

接下来，计算并比较三个数组在不同平面上的模式:一个使用隔离元素模式，一个使用嵌入元素模式，一个使用全波模型(用作地面真相)。

首先，在仰角平面图案（由方位角= 0度指定和也被称为E平面）

Eplane_embedded =图案（embeddedURA，频率，0，EL）;Eplane_isolated =图案（isolatedURA，频率，0，EL）;[Eplane_fullwave，〜，EL3e可] =图案（fullWaveArray，频率，0,0：1：180）;EL3e可= el3e'-90;helperATXPatternCompare（[EL（:) EL（:) EL3e可（1：2：结束）]，...[Eplane_isolated Eplane_embedded Eplane_fullwave（1：2：结束）]，...的高度角(度)。，'方向性（DBI）'，...“E-plane阵列指向性比较”，...{“孤立模式”，“嵌入式模式”，...“全波解决方案”}，[ -  60 30]）;

现在，在方位平面上的图案（由仰角= 0度指定并称为H-平面）。

Hplane_embedded =模式(embeddedURA,频率,az / 2,0);Hplane_isolated =模式(isolatedURA,频率,az / 2,0);Hplane_fullwave =模式(0:1:180 fullWaveArray,频率,90);helperATXPatternCompare([阿兹(:)/ 2阿兹(:)/ 2 el3e),...[Hplane_isolated Hplane_embedded Hplane_fullwave]...“方位角（度）”，'方向性（DBI）'，...“H-平面阵列方向性比较”，...{“孤立模式”，“嵌入式模式”，...“全波解决方案”}，[ -  60 30]）;

阵列方向性是大约23 dBi的。该结果考虑到不存在反射器的后接近的峰方向性[5]的理论计算，d = 4 $\π美元$ $ A $ / $\拉姆达^ 2$ 美元Nrow Ncol美元， $ A =卓尔* dcol $ 。

模式比较表明，三种情况下主波束和第一副波束都是对齐的。离主梁越远，耦合对旁瓣电平的影响越大。正如预期的那样，嵌入式单元模式方法建议在全波仿真模型和隔离单元模式方法之间建立一个耦合水平。

增加数组大小

的排列图案的行为密切相关的嵌入式元件图案。要了解我们选择的11×11阵列的影响中心元素行为，我们增加数组的大小为25×25阵列（12.5 $$ \ $拉姆达$ X 12.5 $$ \ $拉姆达$ 孔径大小）。注意，对于矩的全波法（MOM）与625种元素增加到25000个三角形（每偶极40个三角形）和用于嵌入的元件图案的计算分析的三角形网格尺寸大约需要12分钟2.4 GHz的机器上用32 GB记忆。可以通过手动啮合使用最大边缘长度降低每个元件的筛目大小可以减少这种时间 $$ \拉姆达/ $ 20$ 。

下面是E平面图案情节，

加载atexdipolearrayembpattern = helperRotatePattern (...DipoleArrayPatData.AzAngles，DipoleArrayPatData.ElAngles，...DipoleArrayPatData.ElemPat（：，：，3），[0 1 0]，90）;embpattern = mag2db（embpattern）;embantenna2 =克隆（embantenna）;embantenna2.AzimuthAngles = DipoleArrayPatData.AzAngles;embantenna2.ElevationAngles = DipoleArrayPatData.ElAngles;embantenna2.MagnitudePattern = embpattern;embantenna2.PhasePattern =零（大小（embpattern））;Eplane_embedded =图案（embantenna2，频率，0，EL）;Eplane_embedded = Eplane_embedded  - 最大（Eplane_embedded）;％正常化Eplane_isolated =图案（mydipole，频率，0，EL）;Eplane_isolated = Eplane_isolated  - 最大（Eplane_isolated）;％正常化embpatE =图案（embantenna，频率，0，EL）;embpatE = embpatE-MAX（embpatE）;％正常化helperATXPatternCompare（[EL（:) EL（:) EL（:)]，...[Eplane_isolated embpatE Eplane_embedded]...的高度角(度)。，'方向性（DBI）'，...“归一化e面元素指向性比较”，...{“隔离模式”，'底纹 -  11 X 11'，...'底纹 -  25 X 25'}，[ -  50 5]）;

和H平面。

Hplane_embedded =图案（embantenna2，频率，0，AZ / 2）;Hplane_embedded = Hplane_embedded  - 最大（Hplane_embedded）;％正常化Hplane_isolated =图案（mydipole，频率，0，AZ / 2）;Hplane_isolated = Hplane_isolated  - 最大（Hplane_isolated）;％正常化embpatH =图案（embantenna，频率，AZ / 2,0）;embpatH = embpatH-MAX（embpatH）;％正常化helperATXPatternCompare（[AZ（：）/ 2的z（：）/ 2的z（：）/ 2]，...[Hplane_isolated embpatH Hplane_embedded]...“方位角（度）”，'方向性（DBI）'，...“归一化的H面元方向性比较”，...{“隔离模式”，'底纹 -  11 X 11'，...'底纹 -  25 X 25'}，[ -  50 5]）;

上面的曲线图表明，11 X 11的嵌入元件图案和25×25阵列之间的差，分别是小于0.5dB，在E平面。然而，与25×25阵列相比为11 X 11阵列H平面显示更多的变化。

扫描行为和嵌入式元件图案

此部分扫描基于由方位角= 0度所限定的垂直平面的嵌入元件图案阵列并绘制归一化的指向性。此外，归一化的嵌入式元件图案也绘制。注意的归一化阵列图案大致遵循标准化嵌入元件图案，只是由图案乘法原理所预测的整体形状。

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];计算阵列扫描权值steeringvec = phased.SteeringVector（'SensorArray'，embeddedURA，...“IncludeElementResponse”,真正的);重量= steeringvec(频率、scanEplane);％阵列扫描legend_string1 =细胞(1,元素个数(scan_el1));scanEPat =南(元素个数(el),元素个数(scan_el1));对于I = 1：numel（scan_el1）scanEPat（：，1）=图案（embeddedURA，频率，scan_az1（ⅰ），EL，...“权重”，权重（：，i））的;legend_string1 {I} = strcat的（“扫描=”，num2str（scan_el1（I）））;结束scanEPat = scanEPat  - 最大（MAX（scanEPat））;％正常化scanEPat helperATXPatternCompare (el (:),...的高度角(度)。，'方向性（DBI）'，...“E-plane扫描比较”，legend_string1（1：结束-1），[ -  50 5]）;保持在;图（EL（:)，embpatE，' - '。，'行宽'，1.5）;图例（[legend_string1，{“嵌入式元素”}]，'位置'，'最好')举行从;

扫描盲区

在大的阵列中，阵列指向性在一定的扫描角度下，在一定的情况下可以大幅度降低。在这些扫描角度，被称为盲角，阵列不辐射其输入端[3]提供的功率。有两种常见的致盲机制

表面波激发
栅瓣激励

通过研究嵌套元素模式(在无限阵列分析中也称为阵列元素模式)，可以检测大型有限阵列的扫描盲目性。在这个例子中被研究的阵列没有一个电介质基板/地平面，因此表面波被消除了。然而，我们可以研究第二种机制，即光栅波瓣激励。为此，让我们将数组的行和列的间距增加到0.7 $$ \ $拉姆达$ 。由于此间距小于半波长极限时，我们应该期待光栅可见空间瓣超越特定的扫描角度。如[3]所指出的，准确预测偶极子的有限阵列中栅瓣死角的深度，我们需要有尺寸41 X 41或更高的阵列。我们将比较3例，即11×11，25×25和41 X 41大小的阵列，并检查是否可以至少11 X 11阵列中可以观察到盲角的存在。正如前面提到的，结果天线工具箱中预先计算™并保存在一个文件MAT。为了减少计算时间，元件用的最大边长啮合 $$ \拉姆达/ $ 20$ 。