建模互耦在大型阵列中使用无限阵列分析

此示例使用：

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此示例使用无限阵列分析，以大有限阵列建模。在单元电池的无限阵列分析揭示了在特定频率扫描阻抗的行为。该信息被用于与分离的元件图案和阻抗的知识来计算所述扫描元件图案。然后，将大有限阵列使用该阵列中的每个元素具有相同的扫描元件图案的假设建模。

这个例子需要天线工具箱™。

定义单个元素

在这个例子中，我们选择X波段的中心作为设计频率。

FREQ = 10E9;VP = physconst（“光速”)；lambda=vp/freq；ucdx=0.5*lambda；ucdy=0.5*lambda；

创建长度的薄偶极略小于 $\lambda/2个$ 并将其指定为激励到无限大的反射器。

d=偶极子；d.长度=0.495*lambda；d.宽度=lambda/160；d.倾斜=90；d.倾斜轴=[0 1 0]；r=反射器；r.激励器=d；r.间距=lambda/4；r.地平面长度=inf；r.地平面宽度=inf；图；显示（r）；

计算上述天线的隔离单元方向图和阻抗。这些结果将用于计算扫描元素模式（SEP）。这个术语也称为数组元素模式（AEP）或嵌入式元素模式（EEP）。

％定义AZ和EL矢量az=0:2:360；el=90:-2:-90；％计算功率模式giso=模式（r，freq，az，el，'类型'，'功率');％计算阻抗Ziso =阻抗（R，频率）;

计算无限阵列扫描元件模式

单细胞在无限数组分析中晶胞指无限数组中的单个元素。单元单元元素需要一个接地平面。没有地平面的天线需要有一个反射器。每种情况的一个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镜支撑的偶极子，并分析在10ghz下作为扫描角函数的阻抗行为。单元单元将有一个 $\lambda/2个$ X $\lambda/2个$ 横截面。

r.GroundPlaneLength = ucdx;r.GroundPlaneWidth = ucdy;infArray = infiniteArray;infArray.Element = R;infArray.ScanAzimuth = 30;infArray.ScanElevation = 45;数字;显示（infArray）;

扫描阻抗单一频率和单一扫描角度下的扫描阻抗如下所示。

scanZ=阻抗（无序，频率）

scanZ = 1.0704e + 02 + + 2.9189e 01I

在本例中，使用周期Greens函数的双求和中的50项计算扫描全体积的扫描阻抗，以改善收敛性。

扫描元件模式/数组元素图案/嵌入式元件图案扫描单元模式（SEP）由无限阵列扫描阻抗、隔离单元模式和隔离单元阻抗计算而成。使用的表达式如下所示[1]，[2]：

$\displaystyle g_s（\theta）=$$\displaystyle\frac{4 R_g R_i ；（g_i（\theta））}{Z| s（\theta）+Z|g | ^2}$

加载atexInfArrayScanZDatascanZ = scanZ'。RG = 185;XG = 0;ZG = RG + 1I * XG;GS =楠（numel（EL），numel（AZ））;对于I = 1：numel（EL）对于J = 1：numel（AZ）GS（I，J）= 4 * RG *真实（Ziso）* giso（I，J）./（ABS（scanZ（I，J）+ ZG））^ 2;结束结束

构建定制天线阵元

表示功率模式的扫描单元模式用于构建自定义天线单元。

fieldpattern = SQRT（GS）;带宽= 500e6;customAntennaInf = helperATXBuildCustomAntenna（...fieldpattern，频率，带宽，AZ，EL）;数字;图案（customAntennaInf，FREQ）;

构建21 X 21 URA

产生均匀的矩形阵列（URA），与自定义天线元件，其具有在扫描元件图案。

N = 441;Nrow = SQRT（N）;NcoI位= SQRT（N）;卓尔= ucdx;dcol = ucdy;myURA1 = phased.URA;myURA1.Element = customAntennaInf;myURA1.Size = [Nrow NcoI位];myURA1.ElementSpacing = [卓尔dcol];

在E和H平面上绘制切片

计算在仰角平面图案（由方位角= 0度指定和也称为E平面）和方位平面的阵列（由仰角= 0度指定并称为H面），使用无限阵列分析构建的。

azang_plot = -90：0.5：90;elang_plot = -90：0.5：90;％E面Darray1_E =图案（myURA1，频率，0，elang_plot）;Darray1_Enormlz = Darray1_E  - 最大（Darray1_E）;％H面Darray1_H =图案（myURA1，频率，azang_plot，0）;Darray1_Hnormlz = Darray1_H  - 最大（Darray1_H）;％在两个平面扫描元件图案DSEP1_E =图案（customAntennaInf，频率，0，elang_plot）;DSEP1_Enormlz = DSEP1_E  - 最大（DSEP1_E）;DSEP1_H =图案（customAntennaInf，频率，azang_plot，0）;DSEP1_Hnormlz = DSEP1_H  - 最大（DSEP1_H）;

图子地块（211）地块（elang_地块、Darray1_Enormlz、elang_地块、DSEP1_Enormlz，'线宽'，2）格上轴（[最小（阿桑图）最大（阿桑图）-40 0]；图例('阵列模式，AZ = 0度'，“元模式”）xlabel（'高程（deg）'）ylabel（'方向性（dB）')标题(“规范化指向”）副区（212）情节（azang_plot，Darray1_Hnormlz，azang_plot，DSEP1_Hnormlz，'线宽'，2）格上轴（[最小（阿桑图）最大（阿桑图）-40 0]；图例('阵列模式，el=0度'，“元模式”）xlabel（'方位角（度）'）ylabel（'方向性（dB）'）

与全波有限阵列的分析比较

为了了解阵列有限尺寸的影响，我们对一个由无限反射器支撑的21×21偶极子阵列进行了全波分析。计算了E、H平面上的全波列阵方向图切片和中心单元嵌入单元方向图。此数据是从MAT文件加载的。在一台内存为32 GB的2.4 GHz机器上，这项分析花费了大约630秒。

将全波数据，并创建自定义的天线加载有限阵列分析数据，并使用嵌入的元件图案来构建定制天线元件。请注意，从全波分析需求的图案由90度，使其线与市建局模型建立在YZ平面旋转。

加载atexInfArrayDipoleRefArrayelemfieldpatternfinite = SQRT（FiniteArrayPatData.ElemPat）;arraypatternfinite = FiniteArrayPatData.ArrayPat;带宽= 500e6;customAntennaFinite = helperATXBuildCustomAntenna（...elemfieldpatternfinite，频率，带宽，AZ，EL）;图图案（customAntennaFinite，FREQ）

用嵌入元素模式创建均匀矩形阵列为完成之前创建具有定制天线元件的均匀的矩形阵列。

myURA2=phased.URA；myURA2.Element=customAntennaFinite；myURA2.Size=[Nrow Ncol]；myURA2.ElementSpacing=[drow dcol]；

E和H面片 - 阵列嵌入元素模式计算嵌入元素模式和嵌入元素模式本身的阵列在两个正交平面（E和H）中的模式片。此外，由于阵列模式的全波数据也可用，因此请使用此项来比较结果。电子平面

Darray2_E=模式（myURA2，freq，0，elang_plot）；Darray2_Enormlz=Darray2_E-max（Darray2_E）；％H面Darray2_H =图案（myURA2，频率，azang_plot，0）;Darray2_Hnormlz = Darray2_H  - 最大（Darray2_H）;

E和H面片 - 从有限阵列的嵌入式元件图案

DSEP2_E =图案（customAntennaFinite，频率，0，elang_plot）;DSEP2_Enormlz = DSEP2_E  - 最大（DSEP2_E）;DSEP2_H =图案（customAntennaFinite，频率，azang_plot，0）;DSEP2_Hnormlz = DSEP2_H  - 最大（DSEP2_H）;

有限元阵列的E和H平面切片全波分析

azang_plot1 = -90：2：90;elang_plot1 = -90：2：90;Darray3_E = FiniteArrayPatData.EPlane;Darray3_Enormlz = Darray3_E  - 最大（Darray3_E）;Darray3_H = FiniteArrayPatData.HPlane;Darray3_Hnormlz = Darray3_H  - 最大（Darray3_H）;

阵列模式比较在两个正交平面的排列图案绘制在这里。

图副区（211）情节（elang_plot，Darray1_Enormlz，elang_plot，Darray2_Enormlz，...伊朗图图1，达拉伊图图3，'线宽'，2）格上轴（[分钟（elang_plot）MAX（elang_plot）-40 0]）;传说（'无限的'，'有限'，“有限的全波”，'位置'，'最好'）xlabel（'高程（deg）'）ylabel（'方向性（dB）')标题(“E面（AZ = 0度）归一化的阵列方向性”）副区（212）情节（azang_plot，Darray1_Hnormlz，azang_plot，Darray2_Hnormlz，...azang_plot1，Darray3_Hnormlz，'线宽'，2）格上轴（[最小（阿桑图）最大（阿桑图）-40 0]；图例('无限的'，'有限'，“有限的全波”，'位置'，'最好'）xlabel（'方位角（度）'）ylabel（'方向性（dB）')标题(“H面（el=0度）归一化阵列方向性”）

在两个平面的模式曲线表明，这三种分析方法提出类似的行为了，从瞄准+/- 40度。超出此范围，似乎使用用于在URA的所有元素的扫描元件图案相比的有限阵列的全波分析低估了旁瓣电平。一个可能的原因可能是从有限大小的数组的边缘效应。

元模式的比较从无限阵列分析和有限阵列分析的元件图案这里比较。

图子地块（211）地块（elang_地块、DSEP1_Enormlz、elang_地块、DSEP2_Enormlz，'线宽'，2）格上轴（[最小（阿桑图）最大（阿桑图）-40 0]；图例('无限的'，'有限'，'位置'，'最好'）xlabel（'高程（deg）'）ylabel（'方向性（dB）')标题(“E面（az=0度）归一化元素方向性”)子地块（212）地块（azang庠u地块、DSEP1庠Hnormlz、azang庠u地块、DSEP2庠Hnormlz，'线宽'，2）格上轴（[最小（阿桑图）最大（阿桑图）-40 0]；图例('无限的'，'有限'，'位置'，'最好'）xlabel（'方位角（度）'）ylabel（'方向性（dB）')标题('H-面（EL = 0度）归一化的元素方向性'）

与无限阵列扫描元件花样扫描行为

在由方位角=0度定义的仰角平面上，基于无限阵列扫描单元模式扫描阵列，并绘制归一化方向性。另外，覆盖标准化扫描元素模式。

helperATXScanURA（myURA1，频率，azang_plot，elang_plot，...DSEP1_Enormlz，DSEP1_Hnormlz）;

注意的归一化阵列图案的整体形状大致如下归一化的扫描元件图案。这也被图案乘法原理预测。

结论

无限阵列分析是用来分析和设计大型有限阵列的工具之一。分析假设所有单元是相同的，边缘效应可以忽略，激励幅度均匀，用包含互耦效应的扫描单元模式代替孤立单元模式。

参考

[1] J.阿伦，“增益和在扫描偶极子阵列的阻抗变化，”天线与传播，第10卷，第5期，pp.566-572，1962年9月IRE交易。

[2] R.C.Hansen，相控阵天线，第7章和第8章，John Wiley&Sons公司，第2版，1998年。