Задайте элементарную ячейку

Элементарная ячейка обращается к одному элементу в бесконечном массиве. Элементу элементарной ячейки нужна наземная плоскость. Антенны, которые не имеют groundplane, должны быть поддержаны отражателем. Представительным примером для каждого случая был бы диполь, поддержанный отражателем и микрополосковой антенной закрашенной фигуры. Этот пример будет использовать диполь, поддержанный отражателем, и анализировать поведение импеданса элементарной ячейки на уровне 10 ГГц. Элементарная ячейка будет иметь a $$\lambda /2$$ x $$\lambda /2$$ поперечное сечение.

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

Задайте Отдельный элемент, Создают тонкий диполь длины немного меньше, чем $$\lambda /2$$ и присвойте его как возбудитель к отражателю размерностей $$\lambda /2$$ на каждой стороне.

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 массив Бога

Создайте бесконечный массив и присвойте поддержанный диполь отражателя как элемент и просмотрите его.

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

Вычислите импеданс скана

Анализируйте поведение импеданса бесконечного массива путем вычисления импеданса скана. Импеданс скана является изменением импеданса элемента элементарной ячейки на одной частоте в зависимости от угла сканирования. Используйте свойства угла сканирования на бесконечном массиве, ScanAzimuth и ScanElevation, чтобы задать поведение скана. Здесь мы вычисляем импеданс скана в одной плоскости, заданной азимутом = 0 градусов и вертикальным изменением, варьирующимся от 0 до 90 градусов на шагах на 1 градус.

% 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

Бесконечный анализ массивов зависит от периодической функции Грина, которая включает бесконечное двойное суммирование. Для получения дополнительной информации об этом обратитесь к странице документации (infiniteArray). Количество терминов в этом двойном суммировании оказывает влияние на сходимость результатов. Увеличьте число терминов суммирования, чтобы улучшить сходимость. Выполнение показанной команды увеличит общее число терминов к 101 (50 терминов каждый для отрицательных и положительных индексов, 1 термин для термина 0th) от значения по умолчанию 21.

numSummationTerms(infArray,50);

Результат с более высоким количеством терминов показывают в импедансе скана в 3 плоскостях, азимут = 0, 45 и 90 градусов соответственно. Требуется приблизительно 100 секунд на плоскость скана на машине на 2,4 ГГц с памятью на 32 Гбайт.

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

Электронная 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'])

Изменение импеданса Бога массивов с частотой

Зафиксируйте угол сканирования к определенному значению и разверните частоту, чтобы наблюдать поведение импеданса этого элемента элементарной ячейки.

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));

Вычислите изолированный шаблон элемента и импеданс

Используйте данные об импедансе скана из бесконечного анализа массивов, чтобы вывести шаблон элемента скана (также известный как встроенный шаблон / шаблон элемента массива в случае конечных массивов). Как обозначено в [1] - [4] используют изолированный шаблон элемента и импеданс, чтобы вычислить его. Сделайте это путем анализа диполя, поддержанного бесконечным отражателем и вычисления его диаграммы направленности мощности и импеданса на уровне 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 шаблон элемента скана

Вычисление шаблона элемента скана требует, чтобы мы задали импеданс генератора. Здесь мы выбираем, это, чтобы быть разворотом сканирует сопротивление.

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] Дж. Аллен, "Усиление и изменение импеданса отсканированных дипольных массивов", Транзакции IRE на Антеннах и Распространении, vol.10, № 5, pp.566-572, сентябрь 1962.

[2] Р. К. Хансен, антенны фазированной решетки, глава 7 и 8, John Wiley & Sons Inc., 2-й выпуск, 1998.

[3] Р. Дж. Мэйллукс, 'Руководство Антенны Фазированной решетки', Дом Artech, 2-й выпуск, 2005

[4] В. Стуцмен, Г. Тиле, 'Теория антенны и проект', John Wiley & Sons Inc., 3-й выпуск, 2013.