Импортируйте диаграмму направленности

В зависимости от приложения практические поэтапные антенные решетки иногда используют специально разработанные антенные элементы, диаграмма направленности которых не может быть представлена уравнением закрытой формы. Даже когда шаблон элемента хорошо изучен, как имеет место с дипольной антенной, взаимная связь среди элементов может значительно изменить шаблон отдельного элемента, когда элемент помещается в массив. Это делает шаблон закрытой формы менее точным. Поэтому для высококачественного анализа шаблона, часто необходимо использовать пользовательскую диаграмму направленности, полученную из измерений или симуляций.

Нет никакого стандартного соглашения для системы координат, используемой, чтобы задать диаграмму направленности, таким образом, результат одного пакета программ моделирования часто не может не непосредственно использоваться в другом пакете программного обеспечения. Например, в Phased Array System Toolbox™ (PST), диаграмма направленности описывается с помощью азимута (азимут) и вертикальное изменение (el) углы, как изображено в рисунке 1. Это принято, что основной луч антенны указывает на азимут и вертикальное изменение, то есть, ось X. Значение азимута находится между и и значение el находится между и. Смотрите Сферические координаты.

Рисунок 1: соглашение Сферической системы координат используется в Phased Array System Toolbox™.

Часто используемый двухполупериодный инструмент моделирования для симуляции диаграмм направленности антенн является HFSS™. В этом инструменте моделируются отдельные элементы, как будто они были частью бесконечного массива. Симулированная диаграмма направленности представлена как матрица M-3, где первый столбец представляет угол азимута, второй столбец представляет угол возвышения, и третий столбец представляет диаграмму направленности в дБ. Систему координат и определения и используемый в HFSS показывают в рисунке 2. В этом соглашении основной луч антенны указывает вдоль оси z, которая обычно указывает вертикально. Значение - между и и значение - между и.

Рисунок 2: соглашение Сферической системы координат используется в HFSS.

Обратите внимание на то, что система координат HFSS не является точно тем же самым как системой координат, используемой в Phased Array System Toolbox™. В HFSS луч mainlobe точки вдоль оси z и плоскости, ортогональной к лучу, формируется из x-и осей y. Один возможный подход, чтобы импортировать пользовательский шаблон в соглашении без любого вращения осей координат показывают ниже.

Например, шаблон антенны кардиоидной формы симулирован в - соглашение и сохранен в .csv файл. Функция помощника helperPatternImport читает .csv файл и переформатировал свое содержимое в двумерную матрицу в и.

[pattern_phitheta,phi,theta] = helperPatternImport;

Шаблон phi-theta может теперь использоваться, чтобы сформировать пользовательский антенный элемент. Примите, что эта антенна действует между 1 и 1,25 ГГц.

freqVector  = [1 1.25].*1e9;        % Frequency range for element pattern
antenna     = phased.CustomAntennaElement('FrequencyVector',freqVector, ...
                              'PatternCoordinateSystem','phi-theta',...
                              'PhiAngles',phi,...
                              'ThetaAngles',theta,...
                              'MagnitudePattern',pattern_phitheta,...
                              'PhasePattern',zeros(size(pattern_phitheta)));

Чтобы проверить, что шаблон был правильно импортирован, постройте ответ пользовательского антенного элемента. Заметьте, что основной луч указывает на азимут и вертикальное изменение, пользовательский шаблон с основным лучом вдоль оси z импортируется без любого вращения.

fmax = freqVector(end);
pattern(antenna,fmax,'Type','powerdb')

Создайте антенную решетку

Рассмотрите антенную решетку с 100 элементами, элементы которой находятся на 10 10 прямоугольной сетке, как показано в рисунке 3. Чтобы гарантировать, что никакие скрипучие лепестки не появляются, элементы расположены с интервалами в половине длины волны на самой высокой рабочей частоте. Этот прямоугольный массив может быть создан с помощью следующих команд.

Рисунок 3: 10 10 URA.

c = physconst('LightSpeed');
lambda = c/fmax;
array = phased.URA('Element',antenna,'Size',10,'ElementSpacing',lambda/2)

array = 

  phased.URA with properties:

           Element: [1x1 phased.CustomAntennaElement]
              Size: [10 10]
    ElementSpacing: [0.1199 0.1199]
           Lattice: 'Rectangular'
       ArrayNormal: 'x'
             Taper: 1

Общая диаграмма направленности получившейся антенной решетки построена ниже на u-v пробеле. Шаблон является комбинацией и шаблона элемента и фактора массивов.

pattern(array,fmax,'PropagationSpeed',c,'Type','powerdb',...
    'CoordinateSystem','UV');

Можно также легко исследовать u-сокращение шаблона как показано ниже.

pattern(array,fmax,-1:0.01:1,0,'PropagationSpeed',c, ...
    'CoordinateSystem','UV','Type','powerdb')
axis([-1 1 -50 0]);

Регулируйте луч в азимуте

Этот раздел иллюстрирует идею фазы, регулирующей массив. Преимущество фазированных решеток по одному антенному элементу состоит в том, что основной луч может электронно управляться к данному направлению. Регулирование выполняется путем корректировки весов, присвоенных каждому элементу. Набор весов также называется держащимся вектором. Каждый вес является комплексным числом, величина которого управляет характеристиками бокового лепестка массива и чья фаза регулирует луч.

Пример сканирует основной луч массива от азимута до азимута с углом возвышения, зафиксированным в во время скана.

helperPatternScan(array)

clear helperPatternScan

Сводные данные

В этом примере показано, как создать и анализировать антенную решетку с помощью пользовательского шаблона антенны. Шаблон может быть сгенерирован с помощью двухполупериодного программного обеспечения симуляции моделирования с - соглашение. Шаблон может затем использоваться, чтобы сформировать пользовательский антенный элемент. Полученный массив сканируется от к в направлении азимута, чтобы проиллюстрировать руководящую концепцию фазы.