Проектирование, визуализация и анализ массивов
Приложение Array Designer позволяет вам проектировать, визуализировать и анализировать массивы в библиотеке Antenna Toolbox™ в интерактивном режиме.
Используя это приложение, вы можете:
Показать различные строения массивов и размещения, определяющие интервалы между элементами.
Сравните различные типы массивов и ответы.
Выберите строение массива, чтобы соответствовать определенному пиковому усилению, направленности, желаемому покрытию, шаблону, параметрам порта.
Измените интервал между элементами и увидите эффект на эффективность массива.
Визуализируйте эффект взаимной связи в порту и в дальнем поле.
Оптимизируйте массивы для различных результатов анализа при заданных ограничениях с помощью методов оптимизации SADEA или Surrogate.
Примечание
Как использовать Parallel Computing для SADEA оптимизатор, вам нужен Toolbox™ Parallel Computing.
Чтобы использовать алгоритм оптимизации Surrogate, вам нужен Global Optimization Toolbox.
MATLAB® Панель инструментов: На вкладке Apps, в разделе Signal Processing and Communications, нажмите значок приложения.
Командная строка MATLAB: Ввод antennaArrayDesigner.
Приложение для дизайнера антенных решеток открывает новое пустое полотно:
Выбор и визуализация массива
Щелкните
на панели инструментов холста, чтобы выбрать тип массива, который необходимо проанализировать.
По умолчанию это прямоугольный массив с дипольными антеннами.
С помощью панели инструментов можно выбрать различные типы размещений массивов, антенны и опорные структуры.
Можно также задать Проект Частоту антенны или массива. Установка этого значения масштабирует отдельные элементы массива, чтобы резонировать с заданной частотой и помещает элементы в оптимальное положение в массиве, чтобы избежать пересечений.
Нажмите Принять, чтобы проанализировать характеристики массива.
Галереи
Можно выбрать Array Type из Array Gallery, и вы можете выбрать из различных антенн из Antenna Gallery.
Вы можете выбрать различные типы антенн из Antenna Gallery.
Можно также выбрать различные типы опорных структур для элементов антенной решетки из Галереи опорных структур.
Анализируйте массив
После нажатия кнопки Принять (Accept) в проекте можно задать Частотный диапазон (Frequency Range) на панели Вход (Input). Затем постройте график импеданса, корреляции или S-параметров массива с помощью соответствующих кнопок на панели Муфты.
Можно визуализировать 3-D Pattern, AZ Pattern или EL Pattern полного массива или встроенного элемента с помощью соответствующих кнопок на панели Pattern. Можно также добавить диэлектрические подложки к отдельным элементам или изменить значение и расположение нагрузки с помощью панели Свойства.
Используйте команду Свойства (Properties), чтобы вручную изменить свойства массива или его отдельных элементов.
Используйте Экспорт, чтобы просмотреть массив в рабочем пространстве MATLAB или скрипте MATLAB.
Оптимизируйте массив
Нажмите на Optimize, чтобы открыть холст оптимизатора приложения для дизайнера антенных решеток.
Используйте ЦЕЛЕВУЮ ФУНКЦИЮ, чтобы выбрать главную цель оптимизации массива
Используйте Конструктивные переменные, чтобы ввести переменные. Затем переменные изменяются оптимизатором в зависимости от нижней и верхней границ.
Используйте Ограничения, чтобы ограничить желаемое значение функции анализа на антенне.
Используйте Оптимизатор, чтобы выбрать между SADEA или Surrogate Opt.
Примечание: Чтобы использовать алгоритм оптимизации Surrogate, вам нужен Global Optimization Toolbox.
После добавления необходимых значений щелкните Запуском, чтобы начать оптимизацию.
Откройте приложение Antenna Array Designer.
antennaArrayDesigner
Щелкните Создать (New), а на панели Тип массива (Array Type) щелкните Линейный (Linear).
В левом нижнем углу измените значение параметра «Количество элементов» на 5. Нажмите Принять.
На панели « Свойствах» разверните раздел dipole-Geometry и измените наклон (град) на 30. Это изменяет наклон каждого элемента диполя в массиве на 30 степени. Щелкните на вкладке Array, чтобы просмотреть массив.
На панели « Свойствах» разверните раздел «Линейная геометрия» и измените значение параметра «Наклон (град)» на 45. Это изменяет наклон всего массива на 45 степени.
На панели « Входы» измените Центральную частоту массива, в 60 МГц. Щелкните 3D Шаблон (Pattern) на панели Шаблон (Pattern), чтобы построить график диаграммы направленности излучения. Наблюдайте максимальную направленность массива.
Откройте приложение Antenna Array Designer. На панели Array Gallery нажмите Conformal.
Конформный массив по умолчанию состоит из дипольной антенны и боути антенны.
Каждый элемент можно просмотреть отдельно, нажав на элемент в Layout окно.
Меандровая антенна с прямоугольной подложкой
Добавьте дипольную антенну с прямоугольной подложкой. В КОЛЛЕКЦИИ АНТЕННЫ щелкните Меандр, чтобы создать дипольную антенну меандра. Переместить антенну можно путем перетаскивания антенны в окне Layout.
Чтобы добавить прямоугольную подложку:
Выберите дипольную антенну в окне Layout и нажмите Rectangular в ГАЛЕРЕЕ ОПОРНЫХ СТРУКТУР pane.
или
Щелкните правой нажатие кнопки на антенне в окне Layout и выберите Add Backing > Rectangular Reflector.
Удаление Меандра и добавление V-диполя
Чтобы удалить дипольную антенну меандра, щелкните правой нажатие кнопки в окне Layout и выберите Delete.
Чтобы добавить V-дипольную антенну, щелкните Вектор (Vee) в Коллекции антенн (Antenna Gallery).
Нажмите Принять.
Размещение антенны
Поместите антенны в следующие положения в плоскости X-Y-Z:
Элемент 1 - диполь - [1 0 0]
Элемент 2 - bowtie - [0 1 0]
Элемент 3 - V-диполь - [0 0 1]
На панели свойств разверните раздел conformalArray - Geometry и измените значения ElementPosition (m) на [1 0 0; 0 1 0; 0 0 1]. Нажмите Применить.
Шаблон встроенного элемента и ширина Полустепени луча (HPBW)
Отобразите шаблон встроенного элемента в плоскости азимута для элемента 2. Выберите Embedded Element на панели PATTERN .Нажмите AZ Pattern. В окне выбора элемента щелкните элемент 2 и нажмите кнопку ОК.
Чтобы просмотреть HPBW, щелкните правой нажатие кнопки по азимутальному шаблону и выберите измерения > Antenna Metrics.
Связь между элементами
Чтобы наблюдать связь между элементами 1 и 3, убедитесь, что на панели ВХОДЕ выбран параметр Включить муфту. В окне МУФТА нажмите Correlation. В окне выбора элемента щелкните 1 и 3.
Откройте приложение Antenna Array Designer. В разделе Array Gallery выберите тип массива как Linear.
Выберите Dipole из коллекции антенн. Выберите No Backing в коллекции опорных структур. Задайте частоту проекта как 2,4 ГГц. На панели « Размещении» задайте значение «Количество элементов» 4 и нажмите «Принять» в разделе «Закрыть».
Выберите 3D «Шаблон» в разделе «Шаблон», чтобы вычислить 3-D диаграмму направленности излучения.
Коэффициент усиления равен 9,1 дБи. Щелкните Оптимизировать на панели инструментов приложения, чтобы оптимизировать этот массив.
На вкладке Optimizer нажатия кнопки Maximize Gain в разделе Objective Function. На панели Проекта переменных выберите переменные, которые необходимо оптимизировать. В этом примере выберите переменную Интервал между элементами и установите нижнюю и верхнюю границы 0,06 и 0,09.
Щелкните панель Ограничения (Constraints). В этом примере нет функций ограничения. Если приложению требуются ограничения, выберите одну или несколько функций ограничений из выпадающего списка.
Нажатие кнопки Применить, чтобы применить переменные проекты в этом примере. В разделе Settings установите количество итераций равным 50Выберите Parallel Вычисления, если у вас есть Parallel Computing Toolbox™, и нажатие кнопки Запуска.
После завершения симуляции результаты оптимизации отображаются на панели Результаты
Нажмите Accept. В разделе Pattern снова постройте график 3D Pattern. В настоящее время коэффициент усиления увеличился до 10,7 дБи.
Откройте приложение Antenna Array Designer. В разделе Array Gallery выберите тип массива как Linear.
Выберите Dipole из коллекции антенн. Выберите No Backing в коллекции опорных структур. Задайте частоту проекта как 2,4 ГГц. На панели « Размещении» задайте значение «Количество элементов» 4 и нажмите «Принять» в разделе «Закрыть».
Выберите 3D «Шаблон» в разделе «Шаблон», чтобы вычислить 3-D диаграмму направленности излучения.
Коэффициент усиления равен 9,1 дБи. Щелкните Оптимизировать на панели инструментов приложения, чтобы оптимизировать этот массив.
На вкладке Optimizer нажатия кнопки Maximize Gain в разделе Objective Function. На панели Проекта переменных выберите переменные, которые необходимо оптимизировать. В этом примере выберите переменную Интервал между элементами и установите нижнюю и верхнюю границы 0,06 и 0,09.
Щелкните панель Ограничения (Constraints). В этом примере нет функций ограничения. Если приложению требуются ограничения, выберите одну или несколько функций ограничений из выпадающего списка.
Нажатие кнопки Применить, чтобы применить переменные проекты в этом примере. В разделе «Настройки» из выпадающего списка» выберите Surrogate Opt. Параллельные вычисления затемнены.
После завершения симуляции результаты оптимизации отображаются на панели Результаты (Results).
Нажмите Accept. В разделе Pattern снова постройте график 3D Pattern. В настоящее время коэффициент усиления увеличился до 10,5 дБи.
