使用无限阵列分析建模大阵列中的相互耦合

此示例使用：

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此示例使用Infinite阵列分析来模拟大型有限阵列。单元电池上的无限阵列分析显示特定频率的扫描阻抗行为。该信息与孤立的元素图案和阻抗的知识一起使用，以计算扫描元素图案。然后使用阵列中的每个元素具有相同的扫描元素图案的假设建模大的有限阵列。可以使用嵌入元素图案作为下一步骤分析有限尺寸的真实阵列。这种方法呈现在基于嵌入式元素模式的大阵列互耦合建模．

这个例子需要以下产品:

相控阵系统工具箱™

定义单个元素

对于此示例，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”）;lambda = vp / freq;UCDX = 0.5 * lambda;UCDY = 0.5 * lambda;

形成一个长度略小于 $\ lambda / 2$ 并将其作为励磁器分配给无限的大型反射器。

d =偶极;d.length = 0.495 * lambda;d.width = lambda / 160;D.Tilt = 90;d.tiltaxis = [0 1 0];r =反射器;r.exciter = D;r.spacing = lambda / 4;R.groundPlaneLength = INF;R.groundPlaneWidth = INF; figure; show(r);

计算隔离的元素图案和上述天线的阻抗。这些结果将用于计算扫描元素模式（SEP）。该术语也称为阵列元素模式（AEP）或嵌入元素图案（EEP）。

%定义az和el向量AZ = 0：2：360;el = 90：-2：-90;计算功率模式giso =模式（r，freq，az，el，'类型'，“权力”）;% el x az%计算阻抗Ziso =阻抗(r,频率);

计算无限阵列扫描元素模式

单位细胞在无限阵列分析中，术语单胞指向无限数组中的单个元素。单元元件需要一个接地面。没有地平面的天线需要有反射器作为支撑。每一种情况的典型例子是由反射器和微带贴片天线支撑的偶极子。这个例子将使用由反射器支持的偶极子，并分析在10ghz的阻抗行为作为扫描角度的函数。单元格有 $\ lambda / 2$ x $\ lambda / 2$ 横截面。

R.groundPlaneLength = UCDX;R.groundPlaneWidth = UCDY;infarray = InfiniteArray;infarray.element = r;infarray.scanazimuth = 30;infarray.scanelevation = 45;图;展示（infarray）;

扫描阻抗示出了单个频率和单扫描角处的扫描阻抗。

scanz =阻抗（infarray，freq）

Scanz = 1.1077e + 02 + 3.0038e + 01i

为此示例，使用50个术语在周期性绿色函数的双重求和中计算全体积扫描的扫描阻抗，以提高收敛行为。有关更多信息，请参阅以下示例：无限阵列分析．

扫描元素模式/阵列元素模式/嵌入元素模式扫描元素图案（SEP）由无限阵列扫描阻抗，隔离元件图案和隔离元件阻抗计算。使用的表达式显示[1]，[2]：

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

加载InfArrayScanZDatascanz = scanz。';RG = 185;xg = 0;ZG = RG + 1I * XG;gs = nan（numel（el），numel（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;结尾结尾

构建定制天线元素通过全波分析获得的扫描单元图现在可以用于相控阵系统工具箱™提供的系统级分析。第一步是建立一个定制的天线元件。

fieldpattern = sqrt (gs);带宽= 500 e6;customAntInf = buildCustomAntenna (fieldpattern、频率、带宽、az el);图;模式(customAntInf、频率);

市建局大楼21x21

使用定制天线元素创建统一的矩形阵列（URA），具有扫描元件图案。在此步骤中隐含的假设是该阵列的每个元素都具有相同的元素模式。

n = 441;nrow = sqrt（n）;ncol = sqrt（n）;drow = ucdx;dcol = ucdy;myura1 =淘汰。myura1.element = customantinf;myura1.size = [nrow ncol];myura1.elemenspacing = [droot dcol];

绘图切片在E和H平面中

在使用无限阵列分析建立的阵列的仰角平面(由方位角= 0°指定，也称为e面)和方位角平面(由仰角= 0°指定，也称为h面)计算方向图。

azang_plot = -90：0.5：90;elang_plot = -90：0.5：90;％E-Planedarray1_e =模式（myura1，freq，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);扫描两个平面的元素图案DSEP1_E =模式（Customantinf，Freq，0，elang_plot）;DSEP1_ENORMLZ = DSEP1_E  -  MAX（DSEP1_E）;dsep1_h =模式（customantinf，freq，azang_plot，0）;dsep1_hnormlz = dsep1_h  -  max（dsep1_h）;

图Subplot（211）Plot（elang_plot，darray1_enormlz，elang_plot，dsep1_enormlz，'行宽', 2)网格在轴（[min（azang_plot）max（azang_plot）-40 0]）;传奇('Array Pattern, az = 0 deg'，'元素模式'）Xlabel（'海拔（DEG）'）ylabel（'方向性（DB）'） 标题（规范化的方向性的）子平板（212）plot（azang_plot，darray1_hnormlz，azang_plot，dsep1_hnormlz，'行宽', 2)网格在轴（[min（azang_plot）max（azang_plot）-40 0]）;传奇('数组模式，el = 0 deg'，'元素模式'）Xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（'方向性（DB）'）

与全波有限阵列分析比较

要了解阵列的有限尺寸的影响，我们执行由无限反射器支持的21 x 21偶极阵列的全波分析。还计算E和H平面中的全波阵列图案切片以及中心元素嵌入元件图案。此数据从遥控文件加载。该分析在2.4 GHz机器上大约需要630秒，具有32 GB内存。

负载全波数据并构建定制天线加载有限阵列分析数据，并使用嵌入的单元模式建立一个定制的天线单元。请注意，全波分析的模式需要旋转90度，以便与建立在YZ平面上的URA模型对齐。

加载Dipolerefarrayelemfieldpatternfinite = sqrt（finitearraypatdata.elempat）;arraypatternfinite = finitearraypatdata.arraypat;带宽= 500 e6;customantfinite = buildcustomantenna（elemfieldpatternfinite，freq，bandwidth，az，el）;图案模式（Customantfinite，Freq）

使用嵌入元素图案创建统一的矩形阵列如前所述，使用自定义天线元素创建一个统一的矩形阵列。

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

带有嵌入元素图案的E和H平面切片阵列使用嵌入元素图案和嵌入元素图案本身的阵列计算两个正交平面中的图案切片。另外，由于数组模式的全波数据也可用于比较结果。艾飞机

darray2_e =模式（myura2，freq，0，elang_plot）;darray2_enormlz = darray2_e  -  max（darray2_e）;% h面darray2_h =模式（myura2，freq，azang_plot，0）;darray2_hnormlz = darray2_h  -  max（darray2_h）;

E和H平面切片 - 来自有限阵列的嵌入元素图案

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

E和H平面切片 - 有限阵列的全波分析

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）;

阵列模式比较在这两个正交平面上的阵列图绘制在这里。

图副区（211）情节（elang_plot，Darray1_Enormlz，elang_plot，Darray2_Enormlz，elang_plot1，Darray3_Enormlz，'行宽', 2)网格在轴([min(elang_plot) max(elang_plot) -40 0]);传奇(“无限”，“有限”，'有限全波'，'地点'，'最好的事物'）Xlabel（'海拔（DEG）'）ylabel（'方向性（DB）'） 标题（'E-plane (az=0 deg)归一化阵列方向性'）子平板（212）plot（azang_plot，darray1_hnormlz，azang_plot，darray2_hnormlz，azang_plot1，darray3_hnormlz，'行宽', 2)网格在轴（[min（azang_plot）max（azang_plot）-40 0]）;传奇(“无限”，“有限”，'有限全波'，'地点'，'最好的事物'）Xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（'方向性（DB）'） 标题（'H平面（EL = 0 DEG）标准化阵列方向性'）

在这两个平面上的模式图表明，所有三种分析方法都表明了从轴向外+/-40度的相似行为。超出这个范围，与有限阵列的全波分析相比，使用URA中所有元素的扫描元素模式(即模式乘法原理)似乎低估了旁瓣电平。一个可能的原因是有限大小数组的边缘效应。

元素模式的比较这里比较来自无限阵列分析的元素模式和有限阵列分析。

图Subplot（211）Plot（elang_plot，dsep1_enormlz，elang_plot，dsep2_enormlz，'行宽', 2)网格在轴（[min（azang_plot）max（azang_plot）-40 0]）;传奇(“无限”，“有限”，'地点'，'最好的事物'）Xlabel（'海拔（DEG）'）ylabel（'方向性（DB）'） 标题（'E-Plane（AZ = 0 DEG）标准化元素方向性'）Subplot（212）Plot（Azang_plot，DSEP1_HNORMLZ，Azang_plot，DSEP2_HNORMLZ，'行宽', 2)网格在轴（[min（azang_plot）max（azang_plot）-40 0]）;传奇(“无限”，“有限”，'地点'，'最好的事物'）Xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（'方向性（DB）'） 标题（'H平面（EL = 0 DEG）标准化元素方向性'）

模式图表明，从轴向外的+/-40度的行为大致相同。在这个范围之外，与有限阵列相比，无限阵列分析的h平面图形有更大的下降。

无限阵列扫描元素模式的扫描行为

基于由Azimuth = 0 DEG定义的高度平面中的无限阵列扫描元素图案扫描阵列，并绘制归一化方向性。此外，覆盖归一化扫描元件图案。

Scanura（Myura1，Freq，Azang_plot，elang_plot，dsep1_enormlz，dsep1_hnormlz）;

注意归一化阵列模式的整体形状大致遵循归一化扫描元素图案。这也通过模式乘法原理来预测。

结论

无限阵列分析是部署以分析和设计大型有限阵列的工具之一。分析假设所有元素都相同，具有均匀的激励幅度，并且可以忽略边缘效果。用扫描元件图案代替隔离的元件图案，该扫描元件图案包括相互耦合的效果。

参考

[1] J. Allen，“扫描偶极子阵列的增益和阻抗变化”，《天线与传播工程学报》，第10卷，第1期。第566-572页，1962年9月。

[2] R. C.汉森，分阶段阵列天线，第7章和第8章，John Wiley＆Sons Inc.，第2版，1998年。

另请参阅

在天线和阵列中建模无限地平面|基于嵌入式元素模式的大阵列互耦合建模