低副瓣陣列天線綜合2 matlab HFSS


接着繼續研究陣列天線設計,得到了電流幅度分布或功率分布之后,就可以進行陣列設計或饋電網絡設計了,之前利用HFSS仿真過單列的串饋天線,后面會繼續復習熟悉一下,本次我找了一篇碩士論文利用威爾金森功分器來設計了48單元的大陣列,引用論文為《低副瓣平面陣列天線設計》2008 杜衛民著,作者使用公式利用matlab計算的taylor分布,我在這里仍然直接使用matlab窗函數來求電流幅度分布,得到的結果和作者計算是一致的,證明了該方法的正確性如下所示:

作者計算的48單元對稱分布的24單元列表如下:

 

條件和作者設置一致,40dB副瓣抑制,利用軟件計算如下:

clear
clc
% 參數設置
lamda = 1; % 波長
d = lamda * 0.6; % d為陣元間距
theta0 = (90/180)*pi; % 掃描角度
theta = 0: 0.01 : pi; % Θ為方向角
u = pi*d*(cos(theta)-cos(theta0))/lamda;
%T = Chebyshev; % T為切比雪夫恆等式系數矩陣
N = 48; % N為直線陣的陣元數量,M為一側的單元數(對稱)
R0dB = 40; % R0dB為副瓣電平
nbar=9; %相等電平副瓣數目
if (mod(N,2)==0)
M = N / 2;
parity = 0; % parity為奇偶性,0為偶數
else
M = (N+1)/2;
parity = 1;
end
%I=[0.015490;0.016447;0.019737;0.027334;0.040776;0.060216;0.084908;0.114925;0.151584;0.195946;0.247680;0.305774;0.369701;0.439115;0.512676;0.587994;0.662784;0.735333;0.803659;0.865008;0.916725;0.957175;0.985347;1];
I=taylorwin(N,nbar,-R0dB);
I=I/max(I);
P=I.^2;
sprintf('天線單元歸一化電流幅度:')
sprintf('%.6f  ',I)
sprintf('天線單元歸一化功率:')
sprintf('%.6f  ',P)
if (mod(N,2)==0)
i = I(M+1:N);
else
i = I(M:N);
end
% 計算最終的陣因子
S_all = zeros(1,length(theta));
for k = 1 : M
S_all = S_all + i(k)*cos((2*k-1)*u);
end
SS = S_all;
% 畫圖 —— 直角坐標系
S_max = max(S_all); % 歸一化處理
S_all = 20*log10(abs(S_all/S_max)); % 取分貝值
figure('NumberTitle', 'off', 'Name', 'S Parameter (dB) - Cartesian');
theta_ = theta * 180 / pi;
plot(theta_,S_all,'k','LineWidth',1.5);
grid off
xlabel('\theta (°)','FontSize',13);
ylabel('|S| dB','FontSize',12);
axis([0 182 -50 2]);
box on
% 畫圖 —— 極坐標系
figure('NumberTitle', 'off', 'Name', 'S Parameter (dB) - Polar');
S_pol = SS / max(SS);
polarplot(theta,S_all,'k','LineWidth',1.5);
thetalim([0 180]);
rmin = min(S_all);
rmax = max(S_all);
rlim([-50 rmax]);

 

 電流幅度分布還可以用PCAAD這款小軟件,功能也十分的強大;

接下來是計算功分比K^2,對稱邊用了6個1分4的功分器,以其中一個為例0.015490 0.016447 0.019737 0.027334,

第一層1分2功分比計算

(0.015490+0.016447)/(0.015490+0.016447+0.019737+0.027334)=0.4042

(0.019797+0.027334)/(0.015490+0.016447+0.019737+0.027334)=0.5965

0.4042/0.5965=0.6776  也就是K^2為0.6776 ,10*lg(0.4042)=-3.934dB , 10*lg(0.5965)=-2.2439dB

第二層1分2功分比計算

0.015490/(0.015490+0.016447)=0.4850       10*lg(0.4850)=-3.142583dB

0.016447/(0.015490+0.016447)=0.5150       10*lg(0.5150)=-2.881928dB

0.019797/(0.019797+0.027334)=0.42       10*lg(0.42)=-3.767507dB

0.027334/(0.019797+0.027334)=0.58       10*lg(0.58)=-2.36572dB


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