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

选择设计频率为1.8 GHz，这恰好是3G / 4G蜂窝系统的载波频率之一。使用元素数，n和元素间距，dx定义数组大小。

freq = 1.8e9;c = physconst（“光速”）;lambda = c / freq;n = 9;dx = 0.49 * lambda;

创建共振偶极子

阵列的各个元素是偶极子。选择该偶极子的初始长度 $\ lambda / 2$ ．修剪其长度以实现共振(X~0 $\ omega$ ）。

Dipole_L = lambda / 2;Dipole_w = lambda / 200;mydipole =偶极子;mydipole.length = dipole_l;mydipole.width = 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;达到抵抗力的最低值％修剪= 0.0005;％缩短每次迭代的长度的量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_resonant_dipole = 71.8205  -  0.7236i

helement =图;显示(resonant_dipole)轴紧的

创建线性数组

将谐振偶极子作为线性阵列的各个散热器分配。虽然孤立的偶极于设计频率调整谐振，但它将在阵列环境中失踪。修改元素数量和间距并观察阵列几何。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)轴紧的

绘制三维阵列图

在设计频率下可视化3D空间中线性阵列的图案。

pattern3Dfig =图;模式(dipole_array、频率)

绘制2D辐射模式

阵列的3D图案以前距为90°的方位角的光束的最大值。绘制与零升高角度相对应的方位角（X-Y平面）中的2D辐射图。

patternazfig1 =图;az_angle = 1：0.25：180;模式（Dipole_Array，Freq，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

选择一组相移允许我们将光束扫描到特定角度。该线性阵列配置可以在方位角（X-Y平面）中扫描，该方形平面（X-Y平面）对应于零升高角度。扫描光束30°OFF横侧（方位角为120°）。

Scanangle = [120 0];ps = phaseShift（频率，dx，scanangle，n）;dipole_array.phaseshift = ps;patternazfig2 =图;模式（Dipole_Array，Freq，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。

绘图元素模式的角落和中心元素

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));为了i = 1:numel(element_number) D_element(i，:) = pattern(dipole_array,freq,az_angle,0，)．..“CoordinateSystem”，“矩形”，．..“ElementNumber”，元素_number（i），．..'终止'真正的(Z_resonant_dipole));legend_string{我}= strcat (“N =”num2str (element_number(我)));结尾patternazfig3 =图;plot（az_angle，d_element，'行宽'(1.5)包含'azimuth（deg）'）ylabel（“方向性(dBi)”） 标题（'元素模式'） 网格在传奇（Legend_string，'地点'，'最好的事物'）

的plot of the element patterns reveals that, apart from the central element, all the others are mirror images about the center of the plot, i.e. the element pattern of the 1st element is a mirror reflection about azimuth = 90 deg of the element pattern of the 9th element, etc.

相互联系

互联耦合是在阵列中的每个元件上产生的潮流的现象不依赖于自己的激励，但也具有来自其他元素的贡献。要研究此效果，我们将将阵列简化为类似于[1]的2元件情况。

dipole_array。NumElements = 2;dipole_array。AmplitudeTaper = 1;dipole_array.phaseshift = 0;

要观察互联耦合的影响，改变阵列元件之间的间距并绘制变化 $z_ {12}$ ，[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。

间距=（Lambda / 2：0.05：2）。* lambda;Z12 = NaN（1，Numir（间距））;为了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));结尾mutualz12fig =数字;绘图（间隔/λ，z12），间距。/ lambda，imag（z12），'行宽'(2)包含'间距，d / \ lambda'）ylabel（'阻抗（\ omega）'） 网格在标题（“与间距相互阻抗变异”)传说('反抗'，电抗的）

光栅叶

光栅裂片是由图案乘法定理预测的主光束的最大值。当阵列间距小于或等于 $\ lambda / 2$ ，只有主叶片存在于可见空间中，没有其他光栅裂片。当阵列间距大于时，光栅叶片出现 $\ lambda / 2$ ．对于大间距，即使在零扫描角度也可以出现在可见空间中的光栅凸瓣。调查9个偶极子的线性阵列的光栅裂片。扫描光束0°OFF横侧（方位角为90°）。

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.elemenspacing = 1.5 * lambda;d_lambda =模式（Dipole_Array，Freq，Az_angle，0，“CoordinateSystem”，“矩形”）;Patterngrating1 =图;plot（az_angle，d_half_lambda，az_angle，d_three_quarter_lambda，az_angle，d_lambda，'行宽'，1.5）;网格在Xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（“方向性(dBi)”） 标题（'数组模式（升降= 0°）')传说('d = lambda / 2'，'d = 0.75 \ lambda'，' d = 1.5 \λ，'地点'，'最好的事物'）

相比 $\ lambda / 2$ 间隔的数组, $1.5 \ lambda$ 间隔阵列在可见空间中显示出2个额外的同等强峰 - 光栅叶片。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));为了i = 1：numel（azscan）ps = phaseShift（频率，dx，scanangle（：，i），n）;dipole_array.phaseshift = ps;d_scan（i，:) =模式（Dipole_Array，Freq，Az_angle，0，“CoordinateSystem”，“矩形”）;letgend_string1 {i} = strcat（'扫描='，num2str（azscan（i）），'DEG'）;结尾Patterngrating2 =数字;plot（az_angle，d_scan，'行宽'，1）xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（“方向性(dBi)”） 标题（'0.75 \ lambda间距阵列的扫描模式（（升降= 0 deg）'） 网格在传奇（Legend_String1，'地点'，'最好的事物'）

的 $0.75美元美元\λ$ 具有均匀激励和零相位的间距阵列在可见空间中没有光栅裂片。主束的峰值发生在宽边（Azimuth = 90°）。然而，对于65°且较低的扫描角度，并且115°且较高的光栅叶片进入可见空间。为避免光栅裂片，请选择元素间距 $\ lambda / 2$ 或更少。间距越小，相互耦合越强。

元素图案对阵列模式的影响

为了研究元素图案对整个阵列图案的影响，绘制归一化的中心元素图案与宽边的9个偶极子的线性阵列的归一化方向性。

dipole_array.elemenspacing = 0.49 * lambda;dipole_array.phaseshift = 0;dmax =模式（Dipole_Array，Freq，90,0）;d_scan = nan（numel（azscan），numel（az_angle））;%预先分配legend_string2 =细胞(1,元素个数(azscan) + 1);legend_string2 {1} ='中心元素'；为了i = 1：numel（azscan）ps = phaseShift（频率，dx，scanangle（：，i），n）;dipole_array.phaseshift = ps;d_scan（i，:) =模式（Dipole_Array，Freq，Az_angle，0，“CoordinateSystem”，“矩形”）;d_scan（i，:) = d_scan（i，:)  -  dmax;letcend_string2 {i + 1} = strcat（'扫描='num2str (azscan(我)));结尾patternArrayVsElement =图;情节(az_angle D_element (3:) - max (D_element (3:)),'行宽'，3）持有在plot（az_angle，d_scan，'行宽'，1）轴（[min（az_angle）max（az_angle）-20 0]）xlabel（'azimuth（deg）'）ylabel（“方向性(dBi)”） 标题（'Scan Pattern for 0.49\lambda Spacing Array'） 网格在传奇（Legend_String2，'地点'，'东南'） 抓住离开