Настройте параметры частоты и массива

Выберите частоту проекта, которая должна быть 1,8 ГГц, что является одной из несущих частот для 3G/4G сотовых систем. Задайте размер массива, используя количество элементов, N и межэлементный интервал, dx.

fc = 1.8e9;
vp = physconst('lightspeed');
lambda0 = vp/fc;
N = 4;
dx = lambda0/2;

Проектируйте антенный элемент и создайте массив

В данном примере мы проектируем отражатель, поддерживающий полуволновым диполем антенну. Отражатель имеет половину длины волны по оси X и четверть длины волны по ширине, по оси Y.

r = design(reflector,fc);
r.GroundPlaneLength = lambda0/2;
r.GroundPlaneWidth = lambda0/4;
figure
show(r)

Используйте диполь с подкреплением отражателя в качестве отдельного элемента для линейного массива. Используйте свойство NumElements, чтобы изменить линейный массив на 4 элемента вместо значения по умолчанию 2. Измените интервал между элементами на половину длины волны.

lA = linearArray;
lA.Element = r;
lA.ElementSpacing = dx;
lA.NumElements = N;
figure
show(lA)

Вычислите и постройте график 3D Шаблона массива

По умолчанию все четыре элемента этого массива возбуждаются напряжением 1V на фазе 0 o. Вычислите шаблон направленности дальнего поля этой равномерно возбужденной массива на центральной частоте.

figure
pattern(lA,fc)

Изменения шаблонов E и H-плоскостей полностью возбужденной массива

Массив, расположенный в плоскости x-y, приводит к тому, что большая часть излучения направлена в сторону зенита. Изменения шаблона по углам возвышения могут быть захвачены двумя ортогональными срезами азимута; при азимуте 0 ° и при 90 °. Визуализация изменения направленности с углом возвышения в этих двух плоскостях использует функцию polarpattern.

az = 0:5:360;
el = -180:1:180;

figure
patternElevation(lA,fc,0);

pE = polarpattern('gco');

figure
patternElevation(lA,fc,90);

pH = polarpattern('gco');

Вычисление комплексных дальних полей встраиваемых элементов

Шаблон встроенного элемента относится к шаблону одного элемента, встроенного в конечный массив, который вычисляется путем приведения центрального элемента в массиве и завершения всех других элементов в ссылку импеданс [1] - [3]. Шаблон ведомого элемента, называемый встроенным элементом, включает в себя эффект соединения с соседними элементами. В Antenna Toolbox™ в качестве возбуждения используется идеальный источник напряжения. Чтобы воссоздать шаблон дальнего поля из суперпозиции сложных дальних полей, используйте очень маленькое значение сопротивления, чтобы завершить работу остальных элементов. Во-вторых, суперпозиция должна быть сделана на сложном дальнем поле. Используйте функцию EHfields, чтобы вычислить комплексные электрическое и магнитное поля в разных точках пространства из-за каждого возбужденного элемента. В данном примере выберите сферическое расположение точек в заданных ранее углах E и H-плоскостей. Точки дальнего поля вычисляются в радиусе 100$$\lambda$$.

R   = 100*299792458/min(fc);
coord = 'sph';
phi   = az;
theta = 90 - el;
[Points, ~, ~] = em.internal.calcpointsinspace( phi, theta, R,coord);
N = lA.NumElements;
E = zeros(3,size(Points,2),N);
for i = 1:N
    E(:,:,i) = EHfields(lA,fc,Points,'ElementNumber',i,'Termination',1e-12);                                 
end

Суперпозиция полей шаблона встраиваемого элемента

Объедините индивидуума электрический элемент встроенных диаграмм направленности по напряжённости поля в дальнем поле. Для сравнения с шаблоном полностью возбужденного массива вычислите величину. Это будет использоваться, чтобы вычислить общую направленность в E и H-плоскости, соответственно.

arrayEfieldpat = sum(E,3);
MagEsquare = dot(arrayEfieldpat, arrayEfieldpat);
MagE = sqrt(MagEsquare);
MagE = reshape(MagE,length(az),length(el));

Вычисление направленности массива

Направленность является мерой способности проекции степени антенны или массива как функции от различных углов в пространстве. Он определяет общую форму проекционной способности степени излучающей структуры. Чтобы вычислить это, найдите интенсивность излучения в конкретных направлениях и разделите его на общую излучаемую степень от структуры по всем направлениям. Как и прежде, сфера дальнего поля, над которой происходит этот расчет степени, установлена на 100 $$\lambda$$.

RadiatedPower = em.internal.calcRadiatedPower(lA,fc,R);
eta = sqrt(1.25663706e-06/8.85418782e-12);
U =  R^2*MagE.^2/(2*eta);
D =  10*log10(4*pi*U/RadiatedPower);

Сравнение шаблонов

Наложите направление на результат наложения шаблонов встроенных элементов на результат расчета для полностью возбужденного массива.

idphi0  = find(az==0);
idphi90 = find(az==90);
Dphi    = D(idphi0,:);
Dphi90  = D(idphi90,:);
add(pE,el,Dphi);
pE.LegendLabels = {'Full-wave','Embedded superposition'};
pE.MagnitudeLim = [-40 20];
pE.Marker = {'+','.'};
pE.TitleTop = 'Elevation Slice @ az = 0 deg';

add(pH,el,Dphi90);
pH.LegendLabels = {'Full-wave','Embedded superposition'};
pH.MagnitudeLim = [-40 20];
pH.Marker = {'+','.'};
pH.TitleTop = 'Elevation Slice @ az = 90 deg';

Сводные данные

Использование суперпозиции на сложных дальних полях, производимых отдельными элементами массива, генерирует тот же шаблон, что и от равномерно возбужденной матрицы.

См. также

Моделирование взаимного соединения в больших массивах с использованием шаблона встраиваемого элемента

Ссылка

[1] R. J. Mailloux, 'Фазированная Решетка Antenna Handbook', Artech House, 2-е издание, 2005.

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

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