建模在大型数组使用内嵌元素模式相互耦合

这个示例使用:

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模式乘法原理表明,辐射模式可以视为一个数组的数组元素的乘法模式和因素。然而,当一个天线被部署到一个数组,其辐射模式修改相邻元素。这种效应通常被称为相互耦合。因此,提高分析的忠诚,每个人都应该使用元素模式相互耦合效应模式中的乘法,而不是孤立的元素(一个元素位于空间本身)模式。

不幸的是,它往往是很难准确的元素之间的相互耦合效应模型。这个例子展示了一个可能的互耦效应的方法模型,通过嵌入式模式,指单个元素的模式嵌入在一个有限的数组。选择的元素是数组的中心。嵌入式模式计算或测量传输通过数组中的元素本身而终止所有其他元素与一个参考阻抗[1]- [3]。这种方法适用大型数组时所以边缘效应可能被忽略。

模型两个数组的例子:首先使用孤立的元素的模式,第二个与嵌入元素模式和比较的结果两个全波矩量法(MoM)基于解决方案的数组。扫描阵列性能的侧向和侧向建立扫描。最后,阵列间距调整调查扫描失明的发生对参考和比较的结果[3]。

这个例子需要天线工具箱™。

偶极子数组使用孤立的元素模式模型

首先,我们设计与孤立的元素数组。在这个例子中,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”);λ= vp /频率;

在[4],讨论的中心元素5 $\λ美元$ X 5 $\λ美元$ 数组, $\λ美元$ 是波长,开始像在无限阵列。这样的光圈将对应于一系列10 X 10的半波间隔的散热器。我们选择略超过这个极限,考虑一系列11 X 11的偶极子。

Nrow = 11;Ncol = 11;卓尔精灵= 0.5 *λ;dcol = 0.5 *λ;

选择的偶极子长度略低于 $\λ/ 2美元$ 和一个半径约 $\λ/ 150美元$ 。

mydipole =偶极子;mydipole。长度= 0.47 *λ;mydipole。宽度= cylinder2strip (0.191 e - 3);图(“颜色”,' w ');显示(mydipole);

现在创建一个11 X 11 URA所言并分配的孤立的偶极子元素。调整元素间距是半波10 GHz。偶极子倾斜设置为零所以它的定位匹配数组- z平面几何。

isolatedURA = phased.URA;isolatedURA。元素= mydipole;isolatedURA。大小= [Nrow Ncol];isolatedURA。ElementSpacing =[卓尔dcol];viewArray (isolatedURA);myFigure = gcf;myFigure。颜色=' w ';

使用嵌入元素模型阵列偶极子模式

计算中心偶极子元素的嵌入模式,我们首先创建一个全波模型前面的数组。由于默认取向偶极子元素的图书馆是沿着z轴,我们倾斜,这样数组在x - y平面形成的。

fullWaveArray = rectangularArray (…“大小”,(Nrow Ncol),…“行空间”卓尔精灵,…“列空间”,dcol);fullWaveArray。元素= mydipole;fullWaveArray.Element。倾斜= 90;fullWaveArray.Element。TiltAxis = (0 0 1);显示(fullWaveArray)标题(偶极子天线的阵列矩形11 X 11)

计算元素嵌入模式,使用模式额外的输入参数的函数,通过元素数量(中心元素的索引)和终止阻力。无限阵列扫描阻力和扫描电抗的共振间隔偶极子 $\λ/ 2美元$ 除了提供[3],我们选择抵抗侧向作为所有元素的终止。

Zinf = 76 + 1我* 31;ElemCenter = (prod (fullWaveArray.Size) 1) / 2 + 1;阿兹= 180:2:180;el = 90:2:90;EmbElFieldPatCenter =模式(el fullWaveArray,频率,az,…“ElementNumber”ElemCenter,“终止”,真正的(Zinf),“类型”,“efield”);

这种内嵌元素模式导入到一个自定义天线元素和使用该元素创建相同的矩形阵列。自从数组将- z平面上,旋转扫描平面模式匹配。

EmbElFieldPatCenter embpattern = helperRotatePattern (az, el, [0 1 0], 90);embpattern = mag2db (embpattern);fmin =频率- 0.1 *频率;fmax =频率+ 0.1 *频率;freqVector = [fmin fmax];embantenna = phased.CustomAntennaElement (“FrequencyVector”freqVector,…“AzimuthAngles”阿兹,“ElevationAngles”埃尔,…“MagnitudePattern”embpattern,“PhasePattern”0(大小(embpattern)));embeddedURA = phased.URA;embeddedURA。元素= embantenna;embeddedURA。大小= [Nrow Ncol];embeddedURA。ElementSpacing =[卓尔dcol];

在仰角和方位平面阵列模式进行比较

接下来,计算和比较的模式在不同的飞机三个数组:使用孤立的元素的一个模式,一个使用嵌入式元素模式,和全波模型(用作地面真理)。

首先,在高程平面模式(指定的方位= 0度,也称为E-plane)

Eplane_embedded =模式(embeddedURA频率0,el);Eplane_isolated =模式(isolatedURA频率0,el);[Eplane_fullwave, ~, el3e] =模式(fullWaveArray频率0,0:1:180);el3e = el3e ' -90;helperATXPatternCompare ([el (:) el (:) el3e(1:2:结束)],…[Eplane_isolated Eplane_embedded Eplane_fullwave (1:2)):,…的高度角(度)。,“方向性(dBi)”,…“E-plane阵列指向性比较”,…{“隔离模式”,“嵌入式模式”,…“全波解”},[-60]30日);

现在,在方位平面模式(指定高程= 0度和所谓的h面)。

Hplane_embedded =模式(embeddedURA,频率,az / 2,0);Hplane_isolated =模式(isolatedURA,频率,az / 2,0);Hplane_fullwave =模式(0:1:180 fullWaveArray,频率,90);helperATXPatternCompare([阿兹(:)/ 2阿兹(:)/ 2 el3e),…[Hplane_isolated Hplane_embedded Hplane_fullwave),…“方位角(度)。”,“方向性(dBi)”,…“h平面阵列指向性比较”,…{“隔离模式”,“嵌入式模式”,…“全波解”},[-60]30日);

大约23 dBi阵列指向性。这个结果是接近峰值的理论计算方向性[5]考虑缺乏反射器后,D = 4 $\π美元$ 一个美元 / $\λ^ 2美元$ 美元Nrow Ncol美元 , 美元=卓尔* dcol美元。

主要模式的比较表明,梁和第一个旁瓣对所有三种情况是一致的。远离主光束显示增加耦合对旁瓣水平的影响。正如所料,内嵌元素模式方法表明全波仿真模型之间的耦合水平和孤立的元素模式的方法。

增加数组大小

数组的行为模式与嵌入元素模式有着密切的联系。理解我们的选择11 X 11数组影响中心元素的行为,我们增加数组大小25 * 25阵列(12.5 $\λ美元$ X 12.5 $\λ美元$ 孔径大小)。注意,三角网格大小的全波矩量法(MoM)分析625个元素增加到25000三角形(40三角形/偶极子)和嵌入元素的计算模式大约需要12分钟2.4 GHz机32 GB内存。这一次可以减少通过降低网格大小每个元素通过啮合手动使用最大边的长度 $\λ/ 20美元$ 。

以下是E-plane的情节模式,

负载atexdipolearrayembpattern = helperRotatePattern (…DipoleArrayPatData.AzAngles DipoleArrayPatData.ElAngles,…DipoleArrayPatData.ElemPat (:: 3), [0 1 0], 90);embpattern = mag2db (embpattern);embantenna2 =克隆(embantenna);embantenna2。AzimuthAngles = DipoleArrayPatData.AzAngles;embantenna2。ElevationAngles = DipoleArrayPatData.ElAngles;embantenna2。MagnitudePattern = embpattern;embantenna2。PhasePattern = zeros(size(embpattern)); Eplane_embedded = pattern(embantenna2,freq,0,el); Eplane_embedded = Eplane_embedded - max(Eplane_embedded);%正常化Eplane_isolated =模式(mydipole频率0,el);Eplane_isolated = Eplane_isolated - max (Eplane_isolated);%正常化embpatE =模式(embantenna频率0,el);embpatE = embpatE-max (embpatE);%正常化helperATXPatternCompare ([el (:) (:) el (:)),…[Eplane_isolated embpatE Eplane_embedded),…的高度角(度)。,“方向性(dBi)”,…“方向性比较规范化E-plane元素”,…{“隔离模式”,“嵌入式模式- 11 X 11”,…嵌入式模式——25 * 25的},-50年[5]);

和h面。

Hplane_embedded =模式(embantenna2频率0,az / 2);Hplane_embedded = Hplane_embedded - max (Hplane_embedded);%正常化Hplane_isolated =模式(mydipole频率0,az / 2);Hplane_isolated = Hplane_isolated - max (Hplane_isolated);%正常化embpatH =模式(embantenna,频率,az / 2,0);embpatH = embpatH-max (embpatH);%正常化helperATXPatternCompare([阿兹(:)/ 2阿兹(:)/ 2阿兹(:)/ 2),…[Hplane_isolated embpatH Hplane_embedded),…“方位角(度)。”,“方向性(dBi)”,…“方向性比较规范化的h面元素”,…{“隔离模式”,“嵌入式模式- 11 X 11”,…嵌入式模式——25 * 25的},-50年[5]);

上面的图显示,嵌入元素模式之间的区别11 X 11和25 * 25数组,分别小于0.5分贝,E-plane。然而,h平面显示了11 X 11组更多的变化与25 * 25的数组。

扫描行为模式和嵌入元素

本节基于嵌入式扫描数组元素模式定义的高程平面方位角= 0度,绘制规范化的方向性。此外,规范化嵌入元素模式也绘制。注意规范化阵列模式的整体形状大约遵循规范化嵌入元素的模式,就像乘法原理预测的模式。

eplane_indx =找到(az = = 0);scan_el1 = 30:10:30;scan_az1 = 0(1,元素个数(scan_el1));scanEplane = [scan_az1; scan_el1];%计算阵列扫描重量steeringvec = phased.SteeringVector (“SensorArray”embeddedURA,…“IncludeElementResponse”,真正的);重量= steeringvec(频率、scanEplane);%阵列扫描legend_string1 =细胞(1,元素个数(scan_el1));scanEPat =南(元素个数(el),元素个数(scan_el1));为i = 1:元素个数(scan_el1) scanEPat(:,我)=模式(embeddedURA、频率、scan_az1(我),el,…“重量”权重(:,i));legend_string1{我}= strcat (“扫描= 'num2str (scan_el1(我)));结束scanEPat = scanEPat - max (max (scanEPat));%正常化scanEPat helperATXPatternCompare (el (:),…的高度角(度)。,“方向性(dBi)”,…“E-plane扫描比较”legend_string1 (1: end-1), -50年[5]);持有在;embpatE情节(el (:),“-”。,“线宽”,1.5);传奇([legend_string1, {“内嵌元素”}),“位置”,“最佳”)举行从;

扫描失明

在大型阵列,阵列指向性可以大幅减少在某些扫描角在某些情况下。在这些扫描角,称为盲角,数组不辐射力量提供的输入终端[3]。两个常见的失明状况发生的机制

表面波激发
栅瓣激

可以检测扫描盲在大型有限阵列通过研究嵌入式元素模式(也称为数组元素模式在无限阵列分析)。数组被调查在这个例子中没有介质衬底/地平面,因此消除了表面波。然而我们可以调查第二个机制,即栅瓣激发。为此,让我们增加整个数组的行和列间距是0.7 $\λ美元$ 。因为这个间距大于半波限制我们应该期待光栅叶可见空间超越一个特定的扫描角。作为[3]指出,准确预测的栅瓣盲角深度有限阵列的偶极子,我们需要有一个数组的大小41 X 41或更高。我们将比较3例,即11 X 11、25 * 25, 41 X 41尺寸数组和检查是否存在盲角至少可以观察到在11 X 11数组。正如前面提到的,结果是预先计算的天线工具箱™和保存在一个垫子文件。减少计算时间,是网状的最大边缘长度的元素 $\λ/ 20美元$ 。