天线阵的分析

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这个例子展示了如何创建和分析天线阵列天线工具箱™,强调概念如光束扫描、旁瓣水平,相互耦合,元素模式和光栅叶。分析是在一个实验室半波偶极子的线性数组

设计频率和数组参数

选择设计频率为1.8 GHz,恰好是一个载波频率的3 g / 4 g蜂窝系统。定义数组大小使用的元素数量,N和inter-element间距,dx。

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

数组的各个元素是一个偶极子。选择这个偶极子的初始长度 $\λ/ 2美元$ 。削减它的长度从而达到共振(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。*频率;fmax =频率+ 0。*频率;风骚女子= 0.0001;%电抗达到最小值修剪= 0.0005;%的数量在每个迭代长度缩短resonant_dipole = dipole_tuner (mydipole频率、fmin fmax,风骚女子,修剪);Z_resonant_dipole =阻抗(resonant_dipole、频率)

我Z_resonant_dipole = 71.8205 - 0.7236

helement =图;显示(resonant_dipole)轴紧

创建线性数组

分配的线性阵列偶极子的个人散热器。而孤立的偶极子已经调了在设计频率,共振就会失谐数组中的环境。修改元素的数量和间距,观察阵列几何。x轴上的定位元素,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

图3 d数组模式

可视化模式在三维空间线性阵列在设计频率。

pattern3Dfig =图;模式(dipole_array、频率)

绘制二维辐射模式

数组的3 d模式显示了最大的方位90度角梁。情节方位平面的二维辐射模式(x - y平面),对应于零仰角。

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])

阵列的指向性峰值12.83 dBi,两侧的第一个旁瓣峰值大约13分贝。这是因为所有元素的数组有统一的振幅锥度美联储1 v。旁瓣水平可以通过使用不同的振幅控制蜡烛的数组元素,如切比雪夫和泰勒。

光束扫描

选择一组相移允许我们扫描光束到一个特定的角度。这种线性阵列配置使扫描方位平面上(x - y平面),对应于零仰角。扫描光束30度侧向(方位120度角)。

scanangle = (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])

主光束的峰值现在是30度远离初始峰值(方位= 90度)。注意的指向性下降约0.9 dB。对于无限阵列,这下降增加而增加扫描角度根据余弦定律。

情节元素的角落和中央模式元素

在小数组,个人的模式元素可以发生显著的变化。为了建立这个事实、情节模式的核心元素和两个边缘元素。仅获得这些模式,激发每个元素并终止其他参考阻抗。元素从左到右编号,在轴的方向。

element_number =[1装天花板(N / 2) 1装天花板(N / 2)装天花板(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:元素个数(element_number) D_element(我:)=模式(dipole_array,频率,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

相互耦合现象,电流在数组中每个元素开发并不只取决于自己的兴奋,但也有来自其他元素。研究这种效果,我们将简化数组2-element情况类似于[1]。

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

观察相互耦合的影响,改变数组元素之间的间距和情节的变化 $美元Z_ {12} $$ 、相互之间的阻抗的偶极子阵列[1]。自从元素相互平行,耦合是强大的。

间隔=(λ/ 2:0.05:2)。*λ;Z12 =南(1,元素个数(间距));为i = 1:元素个数dipole_array(间距)。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(互阻抗的变化与间距)传说(“抵抗”,电抗的)

光栅叶

光栅的最大值是叶主光束模式预测的乘法定理。当阵列间距小于或等于 $\λ/ 2美元$ ,只有主瓣存在于空间没有其他光栅叶可见。光栅阵列间距大于时叶出现 $\λ/ 2美元$ 。大间距,栅瓣(s)可能出现在可见的空间即使在零扫描角。调查光栅线性排列的叶9偶极子。扫描光束0度侧向(方位90度角)。

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 *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(“数组模式(海拔= 0度)”)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, $1.5美元美元\λ$ 间隔的数组显示2额外的同样强大的山峰在可见的空间——光栅叶。的 $0.75美元美元\λ$ 间隔的数组仍然有一个独特的光束峰值在零扫描了侧向(方位90度角)。扫描这个阵列侧向观察光栅叶。

dipole_array。ElementSpacing = 0.75 *λ;azscan = 45:10:135;scanangle = [azscan; 0(1,元素个数(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:元素个数(azscan) ps =相位变化(频率,dx, scanangle(:,我),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0.75 \λ间距阵列((海拔= 0度)网格)在传奇(legend_string1“位置”,“最佳”)

的 $0.75美元美元\λ$ 间距阵列与统一的激励和零相位变化没有光栅叶可见的空间。主光束的峰值发生在侧向(方位= 90度)。然而扫描65度角和低,和115度和更高的栅瓣进入可见空间。为了避免光栅叶,选择一个元素的间距 $\λ/ 2美元$ 或更少。对于较小的间距,相互耦合更强。

元素模式对数组的影响模式

研究对整个数组元素的影响模式模式,画出标准化的核心模式和标准化的线性阵列的指向性9在较宽的偶极子。

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:元素个数(azscan) ps =相位变化(频率,dx, scanangle(:,我),N);dipole_array。移相= ps;D_scan(我:)=模式(dipole_array,频率,az_angle, 0,“CoordinateSystem”,“矩形”);D_scan(我)= D_scan(我,:)——距离;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])包含(的方位(度))ylabel (“方向性(dBi)”)标题(“0.49 \λ间距阵列扫描模式”网格)在传奇(legend_string2“位置”,“东南”)举行从