天线阵的分析

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这个例子展示了如何在antenna Toolbox™中创建和分析天线阵列，重点介绍了波束扫描、旁瓣电平、互耦合、单元图和光栅瓣等概念。分析是在半波长偶极的9元线性阵列上进行的

设计频率和阵列参数

设计频率选择1.8 GHz，这恰好是3G/4G蜂窝系统的载波频率之一。使用元素个数N和元素间间隔dx定义数组大小。

频率= 1.8 e9;c = physconst (“光速”）;λ= c /频率;N = 9;dx = 0.49 *λ;

创建共振偶极子

阵列中的单个元素是偶极子。这个偶极子的初始长度被选择为 $\λ/ 2美元$ ．修剪其长度以实现共振(X~0 $ω\美元$ )．

dipole_L =λ/ 2;dipole_W =λ/ 200;mydipole =偶极子;mydipole。长度= dipole_L;mydipole。宽度= dipole_W;mydipole。TiltAxis =“Z”；mydipole。倾斜= 90;Fmin =频率- 0.05 *频率;Fmax =频率+ 0.05 *频率;风骚女子= 0.0001;要达到的电抗最小值修剪= 0.0005;每次迭代时缩短长度的数量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_谐振偶极子= 71.8205 - 0.7236i

helement =图;显示(resonant_dipole)轴紧

创建线性数组

将谐振偶极子指定为线性阵列的单个散热器。当孤立偶极子在设计频率被调谐为共振时，它将在阵列环境中失谐。修改元素的数量和间距，观察阵列的几何形状。这些元素位于x轴上，并从左到右编号。

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

绘制三维阵列图

在设计频率下可视化三维空间中线性阵列的模式。

pattern3Dfig =图;模式(dipole_array、频率)

绘制2D辐射图

阵列的3D图显示了方位角为90°时波束的最大值。在方位角为零的方位角平面(x-y平面)绘制2D辐射图。

patternazfig1 =图;az_angle = 1:0.25:180;模式(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，峰值两侧的第一副瓣下降约13 dB。这是因为该阵列具有均匀的振幅锥度，所有元件以1V馈电。旁瓣电平可以通过在切比雪夫和泰勒等阵列元件上使用不同的振幅锥度来控制。

光束扫描

选择一组相移可以让我们扫描光束到一个特定的角度。这种线性阵列配置可以在方位角平面(x-y平面)进行扫描，对应于零仰角。扫描波束30度离舷侧(方位角120度)。

扫描角度= [120 0];ps =相位变化(频率,dx, scanangle N);dipole_array。移相= ps;patternazfig2 =图;模式(dipole_array、频率、az_angle 0“CoordinateSystem”，“矩形”)轴([0 180 -25 15])

主梁的峰值现在离初始峰值30度(方位= 90度)。注意方向性的下降约0.9 dB。对于无限阵列，根据余弦定律，这个下降随着扫描角度的增加而增加。

角元素和中心元素的情节元素模式

在小数组中，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元素的图案。为了获得这些图形，单独激发每一个元素，并将其余部分终止成参考阻抗。这些元素按照x轴的方向从左到右编号。

element_number = [1 cell (N/2)-1 cell (N/2) cell (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));为i = 1:numel(element_number) D_element(i，:) = pattern(dipole_array,freq,az_angle,0，)．.．“CoordinateSystem”，“矩形”，．.．“ElementNumber”element_number(我),．.．“终止”真正的(Z_resonant_dipole));legend_string{我}= strcat (“N =”num2str (element_number(我)));结束patternazfig3 =图;情节(az_angle D_element,“线宽”(1.5)包含的方位(度)) ylabel (“方向性(dBi)”)标题(“元素模式”网格)在传奇(legend_string“位置”，“最佳”）

元素的情节模式显示,除了中央元素,所有其他人都是镜像的中心情节,即第一元素的元素模式是一个关于方位的镜面反射= 90度9号元素的元素的模式,等等。

相互耦合

相互耦合是指阵列中每个元件上产生的电流不仅依赖于它们自身的激励，而且还依赖于其他元件的贡献。为了研究这种效果，我们将数组简化为类似于[1]的2元素情况。

dipole_array。NumElements = 2;dipole_array。AmplitudeTaper = 1;dipole_array。移相= 0;

为了观察相互耦合的影响，改变阵列单元之间的间距并绘制出变化 $美元Z_ {12} $$ ，[1]阵列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));为I = 1:numel(spacing) 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. /λ,真实(Z12) spacing. /λ,图像放大(Z12),“线宽”(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”，电抗的）

光栅叶

光栅瓣是图样乘法定理预测的主光束的最大值。当数组间距小于或等于时 $\λ/ 2美元$ ，可见空间中只有主瓣存在，没有其他光栅瓣。当阵列间距大于时，出现光栅瓣 $\λ/ 2美元$ ．对于大间距的光栅，即使在零扫描角度下也会出现在可见空间。研究由9个偶极子组成的线性阵列的光栅瓣。扫描波束0度离舷侧(方位角90度)。

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 *λ;D_lambda =模式(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,“线宽”, 1.5);网格在包含(的方位(度)) ylabel (“方向性(dBi)”)标题('Array Pattern (Elevation = 0 deg)')传说(“d = \λ/ 2”，' d = 0.75 \λ，' d = 1.5 \λ，“位置”，“最佳”）

相比 $\λ/ 2美元$ 间隔的数组, $1.5美元美元\λ$ 间隔阵列在可见空间中显示了另外两个同样强烈的峰——光栅瓣。的 $0.75美元美元\λ$ 间隔阵列在零扫描时(方位角90°)仍有一个独特的波束峰值。从侧面扫描该阵列以观察光栅瓣的外观。

dipole_array。ElementSpacing = 0.75 *λ;azscan = 45:10:135;扫描角度= [azscan;zeros(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));为i = 1:numel(azscan) ps =相移(freq,dx，扫描角度(:，i)，N);dipole_array。移相= ps;D_scan(我:)=模式(dipole_array,频率,az_angle, 0,“CoordinateSystem”，“矩形”）;legend_string1{我}= strcat (“扫描= 'num2str (azscan (i)),“度”）;结束patterngrating2 =图;情节(az_angle D_scan,“线宽”1)包含(的方位(度)) ylabel (“方向性(dBi)”)标题('扫描模式为0.75\lambda间距数组((仰角= 0 deg)'网格)在传奇(legend_string1“位置”，“最佳”）

的 $0.75美元美元\λ$ 均匀激励零相移的间距阵列在可见空间中没有光栅瓣。主梁的峰值出现在舷侧(方位角= 90°)。而当扫描角为65°及以下时，当扫描角为115°及以上时，光栅瓣进入可见空间。为避免光栅瓣，请选择元件间距为 $\λ/ 2美元$ 或更少。间距越小，相互耦合越强。

元素模式对阵列模式的影响

为研究单元方向图对整体阵列方向图的影响，绘制归一化中心单元方向图与宽侧9偶极线阵的归一化方向性。

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”；为i = 1:numel(azscan) ps =相移(freq,dx，扫描角度(:，i)，N);dipole_array。移相= ps;D_scan(我:)=模式(dipole_array,频率,az_angle, 0,“CoordinateSystem”，“矩形”）;D_scan(i，:) = D_scan(i，:) - Dmax;legend_string2 {i + 1} = strcat (“扫描= 'num2str (azscan(我)));结束patternArrayVsElement =图;情节(az_angle D_element (3:) - max (D_element (3:)),“线宽”, 3)在情节(az_angle D_scan,“线宽”，1)轴([min(az_angle) max(az_angle) -20 0]) xlabel(的方位(度)) ylabel (“方向性(dBi)”)标题('Scan Pattern for 0.49\lambda Spacing Array'网格)在传奇(legend_string2“位置”，“东南”)举行从