Этот пример демонстрирует использование бесконечного анализа массивов, чтобы смоделировать поведение одного элемента - элементарной ячейки, встроенной в массив [1] - [3]. Массив принят, чтобы быть бесконечной степени в двух измерениях и расположен в плоскости XY.
Элементарная ячейка обращается к одному элементу в бесконечном массиве. Элементу элементарной ячейки нужна наземная плоскость. Антенны, которые не имеют groundplane, должны быть поддержаны отражателем. Представительным примером для каждого случая был бы диполь, поддержанный отражателем и микрополосковой антенной закрашенной фигуры. Этот пример будет использовать диполь, поддержанный отражателем, и анализировать поведение импеданса элементарной ячейки на уровне 10 ГГц. Элементарная ячейка будет иметь a x поперечное сечение.
freq = 10e9;
vp = physconst('lightspeed');
lambda = vp/freq;
ucdx = 0.5*lambda;
ucdy = 0.5*lambda;
Задайте Отдельный элемент, Создают тонкий диполь длины немного меньше, чем и присвойте его как возбудитель к отражателю размерностей на каждой стороне.
d = dipole; d.Length = 0.495*lambda; d.Width = lambda/160; d.Tilt = 90; d.TiltAxis = [0 1 0]; r = reflector; r.Exciter = d; r.Spacing = lambda/4; r.GroundPlaneLength = ucdx; r.GroundPlaneWidth = ucdy; figure show(r)
Создайте бесконечный массив и присвойте поддержанный диполь отражателя как элемент и просмотрите его.
infArray = infiniteArray; infArray.Element = r; infArrayFigure = figure; show(infArray)
Анализируйте поведение импеданса бесконечного массива путем вычисления импеданса скана. Импеданс скана является изменением импеданса элемента элементарной ячейки на одной частоте в зависимости от угла сканирования. Используйте свойства угла сканирования на бесконечном массиве, ScanAzimuth и ScanElevation, чтобы задать поведение скана. Здесь мы вычисляем импеданс скана в одной плоскости, заданной азимутом = 0 градусов и вертикальным изменением, варьирующимся от 0 до 90 градусов на шагах на 1 градус.
% Scan plane definition az = 0; % E-plane el = 0:1:90; % elevation % Calculate and plot scanZ = nan(1,numel(el)); infArray.ScanAzimuth = az; for i = 1:numel(el) infArray.ScanElevation = el(i); scanZ(i) = impedance(infArray,freq); end figure plot(el,real(scanZ),el,imag(scanZ),'LineWidth',2); grid on legend('Resistance','Reactance') xlabel('Scan Elevation(deg)') ylabel('Impedance (\Omega)') title(['Scan Impedance in az = ' num2str(az) ' deg plane'])
Бесконечный анализ массивов зависит от периодической функции Грина, которая включает бесконечное двойное суммирование. Для получения дополнительной информации об этом обратитесь к странице документации (infiniteArray
). Количество условий в этом двойном суммировании оказывает влияние на сходимость результатов. Увеличьте число условий суммирования, чтобы улучшить сходимость. Выполнение показанной команды увеличит общее число условий к 101 (50 условий каждый для отрицательных и положительных индексов, 1 термин для термина 0th) от значения по умолчанию 21.
numSummationTerms(infArray,50);
Результат с более высоким количеством условий показывают в импедансе скана в 3 плоскостях, азимут = 0, 45 и 90 градусов соответственно. Требуется приблизительно 100 секунд на плоскость скана на машине на 2,4 ГГц с памятью на 32 Гбайт.
az = [0 45 90]; % E,D,H-plane load scanZData
Электронная плоскость
figure plot(el,real(scanZ50terms(1,:)),el,imag(scanZ50terms(1,:)),'LineWidth',2); grid on legend('Resistance','Reactance') xlabel('Scan Elevation(deg)') ylabel('Impedance (\Omega)') title(['Scan Impedance in az = ' num2str(az(1)) ' deg plane'])
D-плоскость
figure plot(el,real(scanZ50terms(2,:)),el,imag(scanZ50terms(2,:)),'LineWidth',2); grid on legend('Resistance','Reactance') xlabel('Scan Elevation(deg)') ylabel('Impedance (\Omega)') title(['Scan Impedance in az = ' num2str(az(2)) ' deg plane'])
H-плоскость
figure plot(el,real(scanZ50terms(3,:)),el,imag(scanZ50terms(3,:)),'LineWidth',2); grid on legend('Resistance','Reactance') xlabel('Scan Elevation(deg)') ylabel('Impedance (\Omega)') title(['Scan Impedance in az = ' num2str(az(3)) ' deg plane'])
Зафиксируйте угол сканирования к определенному значению и разверните частоту, чтобы наблюдать поведение импеданса этого элемента элементарной ячейки.
az_scan = 0; el_scan = 45; percent_bw = .15; bw = percent_bw*freq; fmin = freq - bw/2; fmax = freq + bw/2; infArray.ScanAzimuth = az_scan; infArray.ScanElevation = el_scan; figure impedance(infArray,linspace(fmin,fmax,51));
Используйте данные об импедансе скана из бесконечного анализа массивов, чтобы вывести шаблон элемента скана (также известный как встроенный шаблон / шаблон элемента массива в случае конечных массивов). Как обозначено в [1] - [4] используют изолированный шаблон элемента и импеданс, чтобы вычислить его. Сделайте это путем анализа диполя, поддержанного бесконечным отражателем и вычисления его диаграммы направленности мощности и импеданса на уровне 10 ГГц.
r.GroundPlaneLength = inf; r.GroundPlaneWidth = inf; giso = nan(numel(az),numel(el)); gisodB = nan(numel(az),numel(el)); for i = 1:numel(az) giso(i,:) = pattern(r,freq,az(i),el,'Type','power'); gisodB(i,:) = 10*log10(giso(i,:)); gisodB(i,:) = gisodB(i,:) - max(gisodB(i,:)); end Ziso = impedance(r,freq);
Вычисление шаблона элемента скана требует, чтобы мы задали импеданс генератора. Здесь мы выбираем, это, чтобы быть разворотом сканирует сопротивление.
Rg = 185; Xg = 0; Zg = Rg + 1i*Xg; gs = nan(numel(az),numel(el)); gsdB = nan(numel(az),numel(el)); for i = 1:numel(az) gs(i,:) = 4*Rg*real(Ziso).*giso(i,:)./(abs(scanZ50terms(i,:) + Zg)).^2; gsdB(i,:)= 10*log10(gs(i,:)); gsdB(i,:)= gsdB(i,:) - max(gsdB(i,:)); end figure; plot(el,gsdB(1,:),el,gsdB(2,:),el,gsdB(3,:),'LineWidth',2.0) grid on axis([0 90 -20 0]) xlabel('Scan Elevation (deg.)') ylabel('Power pattern(dB)') title(strcat('E-Plane (az = 0 deg.) Power Pattern')) legend('az = 0 deg','az = 45 deg','az = 90 deg','Location','best')
[1] Дж. Аллен, "Усиление и изменение импеданса отсканированных дипольных массивов", Транзакции IRE на Антеннах и Распространении, vol.10, № 5, pp.566-572, сентябрь 1962.
[2] Р. К. Хансен, антенны фазированной решетки, глава 7 и 8, John Wiley & Sons Inc., 2-й выпуск, 1998.
[3] Р. Дж. Мэйллукс, 'Руководство Антенны Фазированной решетки', Дом Artech, 2-й выпуск, 2005
[4] В. Стуцмен, Г. Тиле, 'Теория антенны и проект', John Wiley & Sons Inc., 3-й выпуск, 2013.
Моделирование Бога основывает плоскость в антеннах и массивах