Настройте Частоту и Параметры массива

Выберите частоту проекта, чтобы быть 1,8 ГГц, который, оказывается, одна из несущих частот для сотовых систем 3G/4G. Задайте размер массивов с помощью числа элементов, N и межэлементного интервала, дуплекса.

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

Спроектируйте антенный элемент и создайте массив

В данном примере мы проектируем поддержанную антенну полуволнового диполя отражателя. Отражатель является полудлиной волны в длине вдоль с четвертью длины волны оси X по ширине вдоль оси Y.

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

Используйте поддержанный диполь отражателя в качестве отдельного элемента для линейной матрицы. Используйте свойство NumElements изменить линейную матрицу, чтобы иметь 4 элемента вместо значения по умолчанию 2. Измените интервал элемента, чтобы быть полудлиной волны.

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

Вычислите и постройте 3D диаграмму направленности антенной решетки

По умолчанию все четыре элемента в этом массиве взволнованы с напряжением 1 В в фазе 0 градусов. Вычислите шаблон направленности далекого поля этого однородно взволнованного массива на центральной частоте.

figure
pattern(lA,fc)

E и изменение шаблона H-плоскости полностью взволнованного массива

Массив, располагаемый в x-y плоскости, приводит к большей части излучения, направляемого к зениту. Изменения диаграммы направленности антенной решетки вдоль углов возвышения могут быть получены вдоль двух ортогональных срезов азимута; в азимуте 0 ° и на уровне 90 °. Визуализируйте изменение 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');

Вычислите встроенные Далекие Поля комплекса элемента

Встроенный шаблон элемента относится к шаблону одного элемента, встроенного в конечный массив, который вычисляется путем управления центральным элементом в массиве и завершения всех других элементов в ссылочный импеданс [1] - [3]. Шаблон управляемого элемента, называемого встроенным элементом, включает эффект связи с соседними элементами. В Antenna Toolbox™ идеальный источник напряжения используется в качестве возбуждения. Чтобы воссоздать далекую диаграмму направленности по напряжённости поля от суперпозиции комплексных далеких полей, используйте очень маленькое значение сопротивления, чтобы отключить остающиеся элементы. Во-вторых, суперпозиция должна быть сделана на комплексном далеком поле. Используйте функцию EHfields, чтобы вычислить комплексные электрические и магнитные поля в различных точках в пространстве из-за каждого взволнованного элемента. В данном примере выберите сферическое расположение точек в углах E и H-плоскости, заданных ранее. Точки далекого 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 встроенных полей шаблона элемента

Объединитесь индивидуум встроил шаблоны электрического поля элемента в далекое поле. Ради сравнения с шаблоном полностью взволнованного 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));

Вычислите направленность массива

Направленность является мерой способности к проекции степени антенны или массива в зависимости от различных углов на пробеле. Это задает полную форму возможности проекции степени исходящей структуры. Чтобы вычислить это, найдите интенсивность излучения в конкретных направлениях и разделите ее на общую излученную степень от структуры по всем направлениям. Как, прежде чем сфера далекого поля, по которой происходит этот расчет степени, установлена в 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

Наложение направленность следует из суперпозиции встроенных шаблонов элемента на результате расчета для полностью взволнованного 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 комплексных далеких полях, произведенных отдельными элементами массива, генерирует тот же шаблон как тот от однородно взволнованного массива.

Смотрите также

Моделирование взаимной связи в больших массивах Используя встроенный шаблон элемента

Ссылка

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

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

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