设置频率和阵列参数

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。

fc=1.8e9；vp=physconst(“光速”)lambda0=vp/fc；N=4；dx=lambda0/2；

设计天线单元并创建阵列

对于这个例子，我们设计了一个反射器支持的半波长偶极子天线。反射器沿x轴的长度为半波长，沿y轴的宽度为四分之一波长。

r=设计（反射器，fc）；r.地面平面长度=λ0/2；r.地面平面宽度=λ0/4；图示（r）

使用反射器支持的偶极子作为线性阵列的单个元素。使用NumElements属性将线性数组改为4个元素，而不是默认的2个元素。将元件间距更改为半波长。

lA=线性阵列；lA.Element=r；lA.ElementSpacing=dx；lA.NumeElements=N；图示（lA）

计算并绘制三维阵列图案

默认情况下，该阵列中的所有四个元件均以1V的电压在0°的相位激励。计算该均匀激励阵列在中心频率下的远场方向性图案。

图形模式（lA、fc）

全激励阵列的E面和H面方向图变化

阵列位于x-y平面，导致大部分辐射指向天顶。通过两个正交方位角切片，可以捕获阵列方向图沿俯仰角的变化;在方位角0°和90°。利用极谱图函数可以直观地看出在这两个平面上方向性随仰角的变化。

az=0:5:360；el=-180:1:180；

图1：标高（lA、fc、0）；

pE = polarpattern (“gco”);

图1：立面图（lA、fc、90）；

pH = polarpattern (“gco”);

计算嵌入元素复远场

嵌入单元图是指嵌入有限阵列中的单个单元的图，该图是通过驱动阵列中的中心单元并将所有其他单元终止成参考阻抗[1]-[3]来计算的。被驱动元件的模式，称为嵌入元件，包含了与邻近元件耦合的效果。在天线工具箱™中，一个理想的电压源被用作激励。要从复远场的叠加重建远场图案，使用一个非常小的电阻值来终止剩余的元素。其次，必须对复远场进行叠加。使用EHfields函数计算每个受激元素在空间中不同点的复杂电场和磁场。对于这个例子，在前面定义的E面和h面角上选择一个球面排列的点。以100为半径计算远场点 $$\lambda$$.

R=100*299792458/分钟（fc）；协调=“sph”；phi=az；θ=90-el；[点，~，~]=em.internal.calcpointsinspace（phi，θ，R，coord）；N=lA.NumElements；E=0（3，大小（点，2），N）；对于i=1:ne（：，：，i）=EHfields（lA，fc，Points，“元素编号”我“终止”，1e-12）；终止

嵌入元素模式场的叠加

结合远场中单个嵌入式元件的电场模式。为了与全激励阵列的模式进行比较，计算幅值。这将分别用于计算E面和H面上的总方向性。

arrayEfieldpat = (E, 3)之和;MagEsquare = dot(arrayEfieldpat, arrayEfieldpat);法师=√MagEsquare);法师=重塑(法师、长度(az),长度(el));

计算阵列的方向性

方向性是天线或阵列在空间中不同角度下的功率投射能力的量度。它定义了辐射结构的功率投射能力的整体形状。为了计算这一点，找到特定方向的辐射强度，并将其除以该结构在所有方向上的总辐射功率。与前面一样，执行此计算的远场球体被设置为100 $$\lambda$$.

辐射功率=em.internal.calcRadiatedPower（lA、fc、R）；eta=sqrt（1.25663706e-06/8.85418782e-12）；U=R^2*MagE.^2/（2*eta）；D=10*log10（4*pi*U/辐射功率）；

模式比较

将嵌入元件图案叠加的方向性结果叠加在全激励阵列的计算结果上。

idphi0=find（az==0）；idphi90=find（az==90）；Dphi=D（idphi0，：）；Dphi90=D（idphi90，：）；add（pE，el，Dphi）；pE.LegendLabels={“全波”,“嵌入叠加”}; pE.震级lim=[-40 20]；pE.标记={“+”,'.'}; 体育标题=“az=0度时的高程切片”;

添加（pH、el、Dphi90）；pH.LegendLabels={“全波”,“嵌入叠加”}; pH.震级lim=[-40 20]；pH.标记={“+”,'.'}TitleTop博士=“az=90度时的高程切片”;

总结

在阵列的单个元件产生的复杂远场上使用叠加产生与均匀激励阵列相同的图案。

另见

基于嵌入元模式的大型阵列互耦建模

参考

[1] R.J.Mailloux，“相控阵天线手册”，Artech House，第二版，2005年。

[2] W. Stutzman, G. Thiele，“天线理论和设计”，John Wiley & Sons Inc.，第3版，2013。

R. C. Hansen，相控阵天线，第七章和第八章，John Wiley & Sons公司，第二版，1998。