pattern

Диаграмма направленности излучения и фаза антенны или массива; Встроенный шаблон антенного элемента в массиве

Синтаксис

pattern(object,frequency)

pattern(object,frequency,azimuth,elevation)

pattern(___,Name,Value)

[pat,azimuth,elevation]
= pattern(object,frequency,azimuth,elevation)

[pat,azimuth,elevation]
= pattern(___,Name,Value)

Описание

пример

pattern(object,frequency) строит график 3-D излучения антенны или массива объекта на заданной частоте. По умолчанию в Antenna Toolbox™ радиус дальнего поля устанавливается на 100λ.

pattern(object,frequency,azimuth,elevation) строит график диаграммы направленности антенны или массива объекта с помощью заданной azimuth и elevation углы.

pattern(___,Name,Value) использует дополнительные опции, заданные одним или несколькими аргументами в виде пар Имя, Значение. Можно использовать любой из входных параметров из предыдущих синтаксисов.

Используйте 'ElementNumber' и 'Termination' свойство вычислить встроенный шаблон антенного элемента в массиве, соединенной с источником напряжения. Модель источника напряжения состоит из идеального источника напряжения 1 В последовательно с импедансом источника. Встроенный шаблон включает в себя эффект взаимной связи из-за других антенных элементов в массиве.

[pat,azimuth,elevation] = pattern(object,frequency,azimuth,elevation) возвращает значение шаблона, pat, значение объекта антенны или массива на заданной частоте. azimuth и elevation являются углами, при которых функция pattern вычисляет направленность.

[pat,azimuth,elevation] = pattern(___,Name,Value) использует дополнительные опции, заданные одним или несколькими Name,Value аргументы в виде пар.

Примеры

свернуть все

Вычисление диаграммы направленности излучения массива

Попробовать в MATLAB

Вычислите диаграмму направленности излучения линейных массивов по умолчанию для частоты 70 МГц.

l = linearArray;
pattern(l,70e6)

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 6 objects of type patch, surface.

Диаграмма направленности излучения спирали в плоскости X-Z

Попробовать в MATLAB

Постройте график диаграммы спиральной антенны в xz-плоскости.

h = helix; 
pattern (h, 2e9, 0, 1:1:360);

Figure contains an object of type uicontainer.

[pat,azimuth,elevation] = pattern (h, 2e9, 0, 1:1:360);

Вычислите максимальное и минимальное значение диаграммы направленности излучения и угла возвышения.

pattern_max = max(max(pat))

pattern_max = 8.6852

pattern_min = min(min(pat))

pattern_min = -11.3782

elevation_max = max(elevation)

elevation_max = 360

elevation_min = min(elevation)

elevation_min = 1

Шаблон встроенного элемента линейного массива

Попробовать в MATLAB

Вычислите шаблон встроенного элемента линейного массива. Возбудите первый антенный элемент в массиве. Завершает все другие антенные элементы, используя сопротивление 50 Ом.

l = linearArray;
pattern(l, 70e6,'ElementNumber', 1,'Termination', 50);

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 6 objects of type patch, surface.

Значение направленности антенны на спиральной антенне.

Попробовать в MATLAB

Вычислите направленность спиральной антенны.

h = helix;
D = pattern(h, 2e9, 0, 1:1:360);

Отображение первых пяти значений направленности.

Dnew = D(1:5)

Dnew = 5×1

   -6.2750
   -6.0599
   -5.8322
   -5.5935
   -5.3455

Диаграмма направленности диаграммы направленности антенны на спиральной антенне

Попробовать в MATLAB

Постройте график диаграммы направленности спиральной антенны с прозрачностью, заданной как 0,5.

p = PatternPlotOptions

p = 
  PatternPlotOptions with properties:

      Transparency: 1
         SizeRatio: 0.9000
    MagnitudeScale: []
     AntennaOffset: [0 0 0]

p.Transparency = 0.5;
ant = helix;
pattern(ant,2e9,'patternOptions',p)

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 4 objects of type patch, surface.

Чтобы понять эффект прозрачности, выбрали Overlay Antenna на графике диаграммы направленности излучения.

Эта опция накладывает спиральную антенну на диаграмму направленности излучения.

Диаграмма направленности диаграммы направленности дипольной антенны

Попробовать в MATLAB

Постройте диаграмму направленности дипольной антенны в прямоугольной декартовой системе координат.

pattern(dipole, 70e6:10e6:100e6, 0, 90, 'CoordinateSystem', 'rectangular')

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains an object of type line.

Значения направленности дипольной антенны

D = pattern(dipole, 70e6:10e6:100e6, 0, 90, 'CoordinateSystem', 'rectangular')

D = 4×1

  -49.6264
  -50.3098
  -49.1815
  -47.0042

Входные параметры

свернуть все

`object` - Элемент антенны или решетки
объект

Антенна или элемент массива, заданный как объект.

`frequency` - Частота для вычисления или построения диаграммы направленности антенны или массива
скалярный вектор |

Частота для вычисления или построения графика антенны или массива диаграммы направленности излучения, заданная в виде скаляра или вектора с каждым элементом в Гц. Векторные частоты поддерживают прямоугольную систему координат.

Пример: 70e6

Типы данных: double

`azimuth` - Азимутальные углы и интервалы между углами
`–180:5:180` (по умолчанию) | вектор

Азимуты и интервалы между углами для визуализации диаграммы направленности излучения, заданные как вектор в степенях. Если для системы координат задано значение uv, то в этом параметре задаются значения U. Значения U находятся между -1 на 1.

Пример: 90

Типы данных: double

`elevation` - Углы возвышения и интервалы между углами
`–90:5:90` (по умолчанию) | вектор

Углы возвышения и интервалы между углами для визуализации диаграммы направленности излучения, заданные как вектор в степенях. Если для системы координат задано значение uv, то в этом параметре задаются значения V. Значения V находятся между -1 на 1.

Пример: 0:1:360

Типы данных: double

Аргументы в виде пар имя-значение

Пример: 'CoordinateSystem', 'uv'

Задайте необязательные разделенные разделенными запятой парами Name,Value аргументы в виде пар. Name - имя аргумента и Value - соответствующее значение. Name должны находиться внутри одинарных кавычек (''). Можно задать несколько аргументов в виде пар имен и значений в любом порядке Name1, Value1, ..., NameN, ValueN.

`'CoordinateSystem'` - Система координат для визуализации диаграммы направленности излучения
`'polar'` (по умолчанию) | `'rectangular'` | `'uv'`

Система координат для визуализации диаграммы направленности излучения, заданная как разделенная запятой пара, состоящая из 'CoordinateSystem' и одно из следующих значений: 'polar', 'rectangular', 'uv'.

Пример: 'CoordinateSystem', 'polar'

Типы данных: char

`'Type'` - Количество на графике
`'directivity'` | `'gain'` | `'efield'` | `'power'` | `'powerdb'` | `phase`

Количество для построения графика, заданное как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'Type' и одно из следующих значений:

directivity - Направленность в dBi (антенна или массив без потерь)
gain - Коэффициент усиления в dBi (потеря антенны или массива)
efield - Электрическое поле в вольте/метре
power - Степень в ваттах
powerdb - Степень в дБ
phase - Фаза в степенях.

Примечание
Type можно задать только в phase когда Polarization предоставляется.

Значение по умолчанию 'directivity' для антенны без потерь и 'gain' для антенны с потерями. Вы не можете построить график 'directivity' антенны с потерями.

Пример: 'Type', 'efield'

Типы данных: char

`'Normalize'` - Нормализация диаграммы направленности по напряжённости поля
`true` (по умолчанию) | `false` | логический

Нормализуйте диаграмму направленности по напряжённости поля, заданный как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'Normalize' и любой из них true или false.

Пример: 'Normalize', false

Типы данных: logical

`'PlotStyle'` - 2-D стиль отображения шаблона, когда частота является векторной
`'overlay'` (по умолчанию) | `'waterfall'`

2-D отображение шаблона, когда частота является вектором, задается как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'PlotStyle' и одно из следующих значений:

'overlay' - Наложение данных частоты в 2D график
'waterfall' - Постройте график частоты данных на водопадном графике

Вы можете использовать это свойство при использовании pattern функция без выходных аргументов.

Пример: 'PlotStyle', 'waterfall'

Типы данных: char

`'Polarization'` - Поляризация поля
`'H'` | `'V'` | `'RHCP'` | `'LHCP'`

Поляризация поля, заданная как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'Polarization' и одно из следующих значений:

'H' - Горизонтальная поляризация
'V' - Вертикальная поляризация
'RHCP' - Правая круговая поляризация
'LHCP' - Левая круговая поляризация

По умолчанию можно визуализировать комбинированную поляризацию.

Пример: 'Polarization', 'RHCP'

Типы данных: char

`'ElementNumber'` - Антенный элемент в массиве
скаляр

Антенный элемент в массиве, заданный как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'ElementNumber' и скаляром. Этот антенный элемент соединяется с источником напряжения.

Примечание

Используйте это свойство для вычисления встроенного шаблона массива.

Пример: 'ElementNumber',1

Типы данных: double

`'Termination'` - Значение импеданса для завершения элемента массива
50 (по умолчанию) | скаляром

Значение импеданса для завершения элемента массива, заданное как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'Termination' и скаляром. Значение импеданса завершает другие антенные элементы массива, вычисляя встроенный шаблон антенны, соединенной с источником напряжения.

Примечание

Используйте это свойство для вычисления встроенного шаблона массива.

Пример: 'Termination',40

Типы данных: double

`'patternOptions'` - Параметр для изменения свойств графика шаблона
`PatternPlotOptions` объект (по умолчанию) | скаляром

Параметр для изменения свойств графика шаблона, заданный как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'patternOptions' и PatternPlotOptions выход. Можно варьировать следующие свойства:

Transparency
SizeRatio
AntennaOffset
AntennaVisibility
MagnitudeScale

Пример: p = PatternPlotOptions('Transparency',0.1); Создайте опцию графика шаблона с прозрачностью 0,1. ant = helix;pattern(ant,2e9,'patternOptions',p); Используйте эту опцию графика шаблона, чтобы визуализировать шаблон спиральной антенны.

Типы данных: double

Выходные аргументы

свернуть все

`pat` - Диаграмма направленности излучения антенны или массива или встроенный шаблон массива
матрица

Диаграмма направленности антенны или массива или встроенный шаблон массива, возвращенная как матрица числа f значений повышения по количеству значений азимута. Шаблон является одним из следующих:

directivity - Направленность в dBi (антенна или массив без потерь)
gain - Коэффициент усиления в dBi (потеря антенны или массива)
efield - Электрическое поле в вольте/метре
power - Степень в ваттах
powerdb - Степень в дБ

Размер матрицы - это количество значений повышения, умноженное на количество значений азимута.

`azimuth` - Азимутальные углы расчетной диаграммы направленности излучения
вектор в степенях

Азимут углов для вычисления диаграммы направленности излучения, возвращенной в качестве вектора в степени.

`elevation` - Углы возвышения расчетной диаграммы направленности излучения
вектор в степенях

Углы возвышения для вычисления диаграммы направленности излучения, возвращенные в виде вектора в степенях.

Подробнее о

свернуть все

Директивность

Направленность - это способность антенны излучать степень в конкретном направлении. Это может быть определено как отношение максимальной интенсивности излучения в нужном направлении к средней интенсивности излучения во всех других направлениях. Уравнение для направленности является:

$D = \frac{4 π U (θ, ϕ)}{P_{r a d}}$

где:

D - направленность антенны
U - интенсивность излучения антенны
_Prad - средняя излучаемая степень антенны во всех других направлениях

Направленность антенны безразмерна и вычисляется в децибелах по сравнению с изотропным излучателем (dBi).

Выгода

Коэффициент усиления антенны зависит от направленности и эффективности антенны. Это может быть определено как отношение максимальной интенсивности излучения в желаемом направлении к общей степени входа антенны. Уравнение для усиления антенны является:

$G = \frac{4 π U (θ, ϕ)}{P_{i n}}$

где:

G - коэффициент усиления антенны
U - интенсивность излучения антенны
_Pin - суммарный вход степени антенны

Если эффективность антенны в нужном направлении 100%, тогда общая степень, вводимая в антенну, равна общей степени, излучаемой антенной, то есть, $P_{i n} = P_{r a d}$ . В этом случае направленность антенны равна усилению антенны.

Умножение коэффициента и шаблона массива

Базис теории массивов является теоремой умножения шаблона. Эта теорема утверждает, что комбинированный шаблон N одинаковых элементов массива выражается как шаблон элемента, умножающий коэффициент массива.

Коэффициент массива вычисляется по формуле:

$A F = \sum_{i = 0}^{N} V (i) \cdot e^{j (k \sin θ \cos φ \cdot x (i) + k \sin θ \sin φ \cdot y (i) + k \cos θ \cdot z (i))}$

где:

N - количество элементов в массиве.
V - приложенное напряжение (амплитуда и фаза) для каждого элемента массива.
k - число волн.
theta и phi являются углами повышения и азимута.
x, y и z являются Декартовыми координатами мест подачи для каждого антенного элемента массива.

Если коэффициент массива вычисляется с помощью вышеописанного уравнения, можно вычислить диаграмму направленности массива как продукт коэффициента массива и диаграммы направленности отдельных антенных элементов массива.

Массив = AF * отдельный шаблон антенного элемента

Ссылки

[1] Макаров, Сергей Н. Антенна и Em Modeling в MATLAB. Chapter3, сек. 3.4 3.8. Wiley Inter-Science.

[2] Balanis, C.A. Antenna Theory, Analysis and Design, Chapter 2, sec 2.3-2.6, Wiley.

См. также

EHfields | patternAzimuth | patternElevation | patternFromSlices | PatternPlotOptions

Темы

Диаграмма направленности излучения

Введенный в R2015a

Документация по Antenna Toolbox

Поддержка

Сообщество Экспонента

Документация

pattern

Синтаксис

Описание

Примеры

Вычисление диаграммы направленности излучения массива

Диаграмма направленности излучения спирали в плоскости X-Z

Шаблон встроенного элемента линейного массива

Значение направленности антенны на спиральной антенне.

Диаграмма направленности диаграммы направленности антенны на спиральной антенне

Диаграмма направленности диаграммы направленности дипольной антенны

Входные параметры

object - Элемент антенны или решетки объект

frequency - Частота для вычисления или построения диаграммы направленности антенны или массива скалярный вектор |

azimuth - Азимутальные углы и интервалы между углами –180:5:180 (по умолчанию) | вектор

elevation - Углы возвышения и интервалы между углами –90:5:90 (по умолчанию) | вектор

Аргументы в виде пар имя-значение

'CoordinateSystem' - Система координат для визуализации диаграммы направленности излучения 'polar' (по умолчанию) | 'rectangular' | 'uv'

'Type' - Количество на графике 'directivity' | 'gain' | 'efield' | 'power' | 'powerdb' | phase

'Normalize' - Нормализация диаграммы направленности по напряжённости поля true (по умолчанию) | false | логический

'PlotStyle' - 2-D стиль отображения шаблона, когда частота является векторной 'overlay' (по умолчанию) | 'waterfall'

'Polarization' - Поляризация поля 'H' | 'V' | 'RHCP' | 'LHCP'

'ElementNumber' - Антенный элемент в массиве скаляр

'Termination' - Значение импеданса для завершения элемента массива 50 (по умолчанию) | скаляром

'patternOptions' - Параметр для изменения свойств графика шаблона PatternPlotOptions объект (по умолчанию) | скаляром

Выходные аргументы

pat - Диаграмма направленности излучения антенны или массива или встроенный шаблон массива матрица

azimuth - Азимутальные углы расчетной диаграммы направленности излучения вектор в степенях

elevation - Углы возвышения расчетной диаграммы направленности излучения вектор в степенях

Подробнее о

Директивность

Выгода

Умножение коэффициента и шаблона массива

Ссылки

См. также

Темы

Документация по Antenna Toolbox

Поддержка

`object` - Элемент антенны или решетки
объект

`frequency` - Частота для вычисления или построения диаграммы направленности антенны или массива
скалярный вектор |

`azimuth` - Азимутальные углы и интервалы между углами
`–180:5:180` (по умолчанию) | вектор

`elevation` - Углы возвышения и интервалы между углами
`–90:5:90` (по умолчанию) | вектор

`'CoordinateSystem'` - Система координат для визуализации диаграммы направленности излучения
`'polar'` (по умолчанию) | `'rectangular'` | `'uv'`

`'Type'` - Количество на графике
`'directivity'` | `'gain'` | `'efield'` | `'power'` | `'powerdb'` | `phase`

`'Normalize'` - Нормализация диаграммы направленности по напряжённости поля
`true` (по умолчанию) | `false` | логический

`'PlotStyle'` - 2-D стиль отображения шаблона, когда частота является векторной
`'overlay'` (по умолчанию) | `'waterfall'`

`'Polarization'` - Поляризация поля
`'H'` | `'V'` | `'RHCP'` | `'LHCP'`

`'ElementNumber'` - Антенный элемент в массиве
скаляр

`'Termination'` - Значение импеданса для завершения элемента массива
50 (по умолчанию) | скаляром

`'patternOptions'` - Параметр для изменения свойств графика шаблона
`PatternPlotOptions` объект (по умолчанию) | скаляром

`pat` - Диаграмма направленности излучения антенны или массива или встроенный шаблон массива
матрица

`azimuth` - Азимутальные углы расчетной диаграммы направленности излучения
вектор в степенях

`elevation` - Углы возвышения расчетной диаграммы направленности излучения
вектор в степенях