Верификация шаблона Далекого Поля массивов Используя суперпозицию со встроенными шаблонами элемента

Этот пример показывает, что диаграмма направленности далекого поля полностью взволнованного массива может быть воссоздана от суперпозиции встроенных шаблонов индивидуума каждого элемента. Теорема умножения шаблона в теории массивов утверждает, что диаграмма направленности далекого поля массива является продуктом шаблона отдельного элемента и фактора массивов. В присутствии взаимной связи шаблоны отдельного элемента не идентичны, и поэтому делает недействительным результат умножения шаблона. Однако путем вычисления встроенного шаблона для каждого элемента и использования суперпозиции, мы можем показать эквивалентность шаблону массивов при полном возбуждении.

Настройте Частоту и Параметры массива

Выберите частоту проекта, чтобы быть 1,8 ГГц, который, оказывается, одна из несущих частот для сотовых систем 3G/4G. Задайте размер массивов с помощью числа элементов, N и межэлементного интервала, дуплекса.

fc = 1.8e9;
vp = physconst('lightspeed');
lambda0 = vp/fc;
N = 4;
dx = lambda0/2;

Спроектируйте элемент антенны и создайте массив

В данном примере мы проектируем поддержанную антенну полуволнового диполя отражателя. Отражатель является полудлиной волны в длине вдоль с четвертью длины волны оси X по ширине вдоль оси Y.

r = design(reflector,fc);
r.GroundPlaneLength = lambda0/2;
r.GroundPlaneWidth = lambda0/4;
figure
show(r)

Используйте поддержанный диполь отражателя в качестве отдельного элемента для линейной матрицы. Используйте свойство NumElements изменить линейную матрицу, чтобы иметь 4 элемента вместо значения по умолчанию 2. Измените интервал элемента, чтобы быть полудлиной волны.

lA = linearArray;
lA.Element = r;
lA.ElementSpacing = dx;
lA.NumElements = N;
figure
show(lA)

Вычислите и постройте 3D шаблон массивов

По умолчанию все четыре элемента в этом массиве взволнованы с напряжением 1 В в фазе 0 градусов. Вычислите шаблон направленности далекого поля этого однородно взволнованного массива на центральной частоте.

figure
pattern(lA,fc)

E и изменение шаблона H-плоскости полностью взволнованного массива

Массив, располагаемый в x-y плоскости, приводит к большей части излучения, направляемого к зениту. Изменения шаблона массивов вдоль углов вертикального изменения могут быть получены вдоль двух ортогональных срезов азимута; в азимуте 0 ° и на уровне 90 °. Визуализируйте изменение направленности с углом вертикального изменения в этих двух плоскостях, использует функцию polarpattern.

az = 0:5:360;
el = -180:1:180;
figure
patternElevation(lA,fc,0);

pE = polarpattern('gco');
figure
patternElevation(lA,fc,90);

pH = polarpattern('gco');

Вычислите встроенные Далекие Поля комплекса элемента

Встроенный шаблон элемента относится к шаблону одного элемента, встроенного в конечный массив, который вычисляется путем управления центральным элементом в массиве и завершения всех других элементов в ссылочный импеданс [1] - [3]. Шаблон управляемого элемента, называемого встроенным элементом, включает эффект связи с соседними элементами. В Antenna Toolbox™ идеальный источник напряжения используется в качестве возбуждения. Чтобы воссоздать шаблон далекого поля от суперпозиции комплексных далеких полей, используйте очень маленькое значение сопротивления, чтобы отключить остающиеся элементы. Во-вторых, суперпозиция должна быть сделана на комплексном далеком поле. Используйте функцию EHfields, чтобы вычислить комплексные электрические и магнитные поля в различных точках на пробеле из-за каждого взволнованного элемента. В данном примере выберите сферическое расположение точек в углах E и H-плоскости, заданных ранее. Точки далекого поля вычисляются в радиусе 100 λ.

R   = 100*299792458/min(fc);
coord = 'sph';
phi   = az;
theta = 90 - el;
[Points, ~, ~] = em.internal.calcpointsinspace( phi, theta, R,coord);
N = lA.NumElements;
E = zeros(3,size(Points,2),N);
for i = 1:N
    E(:,:,i) = EHfields(lA,fc,Points,'ElementNumber',i,'Termination',1e-12);                                 
end

Суперпозиция встроенных полей шаблона элемента

Объединитесь индивидуум встроил шаблоны электрического поля элемента в далекое поле. Ради сравнения с шаблоном полностью взволнованного массива вычислите величину. Это будет использоваться, чтобы вычислить общую направленность в E и H-плоскости соответственно.

arrayEfieldpat = sum(E,3);
MagEsquare = dot(arrayEfieldpat, arrayEfieldpat);
MagE = sqrt(MagEsquare);
MagE = reshape(MagE,length(az),length(el));

Вычислите направленность массива

Направленность является мерой способности к проекции степени антенны или массива как функция различных углов на пробеле. Это задает полную форму возможности проекции степени исходящей структуры. Чтобы вычислить это, найдите интенсивность излучения в конкретных направлениях и разделите ее на общую излученную степень от структуры по всем направлениям. Как, прежде чем сфера далекого поля, по которой происходит этот расчет степени, установлена в 100 λ.

RadiatedPower = 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/RadiatedPower);

Сравнение шаблонов

Наложение направленность следует из суперпозиции встроенных шаблонов элемента на результате расчета для полностью взволнованного массива.

idphi0  = find(az==0);
idphi90 = find(az==90);
Dphi    = D(idphi0,:);
Dphi90  = D(idphi90,:);
add(pE,el,Dphi);
pE.LegendLabels = {'Full-wave','Embedded superposition'};
pE.MagnitudeLim = [-40 20];
pE.Marker = {'+','.'};
pE.TitleTop = 'Elevation Slice @ az = 0 deg';

add(pH,el,Dphi90);
pH.LegendLabels = {'Full-wave','Embedded superposition'};
pH.MagnitudeLim = [-40 20];
pH.Marker = {'+','.'};
pH.TitleTop = 'Elevation Slice @ az = 90 deg';

Сводные данные

Использование суперпозиции на комплексных далеких полях, произведенных отдельными элементами массива, генерирует тот же шаблон как тот от однородно взволнованного массива.

Смотрите также

Моделирование взаимной связи в больших массивах Используя встроенный шаблон элемента

Ссылка

[1] Р. Дж. Мэйллукс, 'Поэтапное Руководство Антенны Массивов', Дом Artech, 2-й выпуск, 2005.

[2] В. Стуцмен, Г. Тиле, 'Теория антенны и проект', John Wiley & Sons Inc., 3-й выпуск, 2013.

[3] Р. К. Хансен, поэтапные антенны массивов, глава 7 и 8, John Wiley & Sons Inc., 2-й выпуск, 1998.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте