Задайте единичную камеру

Единичная камера относится к одному элементу в бесконечном массиве. Модуль камеры нужна наземная плоскость. Антенны, которые не имеют грунтовой плоскости, должны поддерживаться отражателем. Демонстрационным примером для каждого случая будет дипол, поддерживаемый отражателем и микрополосковой закрашенная фигура. Этот пример будет использовать диполь, поддерживаемый отражателем, и анализировать поведение импеданса единичной камеры на 10 ГГц. Единичная камера будет иметь $$\lambda /2$$ x $$\lambda /2$$ поперечное сечение.

freq = 10e9;
vp = physconst('lightspeed');
lambda = vp/freq;
ucdx = 0.5*lambda;
ucdy = 0.5*lambda;

Задайте отдельный элемент Создайте тонкий диполь длины чуть меньше $$\lambda /2$$ и присвойте его в качестве возбудителя отражателю размерностей $$\lambda /2$$ с каждой стороны.

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

Создайте бесконечный массив и присвойте диполь с подкреплением отражателя в качестве элемента и просмотрите его.

infArray = infiniteArray;
infArray.Element = r;
infArrayFigure = figure;
show(infArray)

Вычисление импеданса скана

Анализ импедансного поведения бесконечного массива путем вычисления скана. Импеданс скана является изменением импеданса элемента модуля камеры на одной частоте как функции скана угла. Используйте свойства угла скана в бесконечном массиве, ScanAzimuth и ScanElevation, чтобы задать поведение скана. Здесь мы вычисляем импеданс скана в одной плоскости, заданный азимутом = 0 o и повышением от 0 до 90 o за 1 o шага.

% 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'])

Улучшение поведения сходимости

Анализ бесконечных массивов зависит от периодической функции Грина, которая состоит из бесконечного двойного суммирования. Для получения дополнительной информации об этом см. страницу документации (infiniteArray). Количество членов в этом двойном суммировании имеет влияние на сходимость результатов. Увеличьте количество членов суммирования, чтобы улучшить сходимость. Выполнение команды увеличит общее количество членов до 101 (50 членов каждый для отрицательных и положительных индексов, 1 срок для 0-го срока) с значения по умолчанию 21.

numSummationTerms(infArray,50);

Результат с большим количеством членов показан в импедансе скана в 3 плоскостях, азимут = 0, 45 и 90 o соответственно. Это занимает около 100 секунд на каждую плоскость скана на машине с частотой 2,4 ГГц и памятью 32 ГБ.

az = [0 45 90];            % E,D,H-plane
load scanZData

E-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'])

Бесконечное изменение импеданса массива с частотой

Зафиксировать угол скана до определенного значения и сдвинуть частоту, чтобы наблюдать импедансное поведение этого модуля камеры элемента.

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));

Вычисление шаблона изолированного элемента и импеданса

Используйте скан данные импеданса из анализа бесконечных массивов, чтобы вывести шаблон скана элемента (также известный как встроенный/ элемент массива шаблон в случае конечных массивов). Как указано в [1] - [4], используйте изолированный шаблон элемента и импеданс, чтобы вычислить его. Сделайте это, проанализировав дипол, поддерживаемый бесконечным отражателем, и вычислив его диаграмму направленности мощности и импеданс на 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);

Вычислите и постройте график шаблона элемента скана

Вычисление шаблона элемента скана требует, чтобы мы определили импеданс генератора. Здесь мы выбираем его как сопротивление широкополосному скану.

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')

Ссылка

[1] J. Allen, «Gain and impedance variation in scanned dipole arrays», IRE Transactions on Antennas and Propagation, vol.10, no.5, pp.566-572, September 1962.

[2] R. C. Hansen, Фазированная Решетка Antennas, главы 7 и 8, John Wiley & Sons Inc.,2nd Издание, 1998.

[3] R. J. Mailloux, 'Фазированная Решетка Antenna Handbook', Artech House,2nd edition, 2005

[4] W. Stutzman, G. Thiele, 'Antenna Theory and Design', John Wiley & Sons Inc., 3-е издание, 2013.