【天线】天线阵列方向图的计算与绘制（Matlab实现）

原创已于 2024-11-04 14:36:22 修改 · 886 阅读

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#神经网络 #matlab #人工智能

于 2024-11-04 14:05:44 首次发布

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📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

💥1 概述

一、目的与意义：天线阵列方向图的计算与绘制主要目的是为了准确地了解天线阵列在不同方向上的辐射强度和方向性。这对于无线通信、雷达、卫星通信等领域至关重要。通过精确计算和绘制方向图，可以优化天线阵列的设计，提高信号传输效率、增强接收灵敏度、减少干扰以及实现特定的波束指向和形状控制。

二、计算方法：1. 理论分析：基于电磁场理论和天线辐射原理，采用数学模型和公式来计算天线阵列中各个单元的辐射场，并通过叠加原理得到整个阵列的辐射场。常用的方法包括矩量法、有限元法等数值计算方法，以及基于解析公式的方法。 2. 仿真软件：利用专业的电磁仿真软件，如 HFSS、CST 等，可以快速准确地计算天线阵列的方向图。这些软件提供了强大的建模和分析功能，能够模拟各种复杂的天线结构和环境条件。

三、绘制与展示：1. 二维和三维图形表示：将计算得到的方向图以二维平面图或三维立体图的形式展示出来，以便直观地观察天线阵列在不同方向上的辐射特性。二维方向图通常以极坐标或直角坐标表示，显示辐射强度随角度的变化；三维方向图则可以更全面地展示辐射场的空间分布。 2. 颜色编码和标注：使用不同的颜色或灰度来表示辐射强度的大小，同时标注重要的角度和参数，如主瓣方向、副瓣电平、半功率波束宽度等，以便于分析和比较。

四、应用领域：1. 无线通信：用于设计基站天线、手机天线等，以提高通信质量和覆盖范围。 2. 雷达系统：确定雷达天线的波束指向和探测范围，提高目标检测和跟踪能力。 3. 卫星通信：优化卫星天线的方向图，确保信号的稳定传输和接收。 4. 射电天文学：研究天体辐射的方向性，帮助天文学家了解宇宙中的天体结构和活动。总之，天线阵列方向图的计算与绘制是一项复杂而重要的技术，对于现代通信、雷达、天文学等领域的发展起着关键作用。

📚2 运行结果

主函数部分代码：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%Plot of  An Array Factor as A Function of Angles
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Excitation Strength
E1=[1 0 0 0 0];
E2=[1 1 0 0 0];
E3=[1 1 1 0 0];
E4=[1 2 1 0 0];
E5=[1 1 1 1 1];
E6=[1 4 6 4 1];
% Theta 
theta=-2*pi:0.001:2*pi;
% Speed of Light
c=3*10^8;
% Frequency 
f=1000*10^6;
beta=0;
% Lambda value
lambda= c/f;
% Distance 
d=lambda/2;
k= 2*pi/lambda;
phi=(k*d*cos(theta))+beta;

%Plotting the excitation 
Afr1= E1(1)+((E1(2)*cos(k*d*cos(theta))))+((E1(3)*cos(2*k*d*cos(theta))))+((E1(4)*cos(3*k*d*cos(theta))))+((E1(5)*cos(4*k*d*cos(theta))));
Afi1=((E1(2)*sin(k*d*cos(theta))))+((E1(3)*sin(2*k*d*cos(theta))))+((E1(4)*sin(3*k*d*cos(theta))))+((E1(5)*(sin(4*k*d*cos(theta)))));
ff1=abs(complex(Afr1,Afi1));
x1= cos(theta);
y1= sin(theta);
figure(1)
%plot(ff1.*x1,ff1.*y1)
polar(theta,ff1,'--r')
title('Exitaction Strength [1]')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Afr2= E2(1)+((E2(2)*cos(k*d*cos(theta))))+((E2(3)*cos(2*k*d*cos(theta))))+((E2(4)*cos(3*k*d*cos(theta))))+((E2(5)*cos(4*k*d*cos(theta))));
Afi2=((E2(2)*sin(k*d*cos(theta))))+((E2(3)*sin(2*k*d*cos(theta))))+((E2(4)*sin(3*k*d*cos(theta))))+((E2(5)*(sin(4*k*d*cos(theta)))));
ff2=abs(complex(Afr2,Afi2));
x1= cos(theta);
y1= sin(theta);
figure(2)


% plot(ff2.*x1,ff2.*y1)
 polar(theta,(ff2),'--r')
title('Plot Excitation [1 1]')

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Afr3= E3(1)+((E3(2)*cos(k*d*cos(theta))))+((E3(3)*cos(2*k*d*cos(theta))))+((E3(4)*cos(3*k*d*cos(theta))))+((E3(5)*cos(4*k*d*cos(theta))));
Afi3=((E3(2)*sin(k*d*cos(theta))))+((E3(3)*sin(2*k*d*cos(theta))))+((E3(4)*sin(3*k*d*cos(theta))))+((E3(5)*(sin(4*k*d*cos(theta)))));
ff3=abs(complex(Afr3,Afi3));
x1= cos(theta);
y1= sin(theta);
figure(3)
% plot(ff2.*x1,ff2.*y1)
 polar(theta,ff3,'--r')
title('Plot Excitation [1 1 1 0 0]')


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Afr4= E4(1)+((E4(2)*cos(k*d*cos(theta))))+((E4(3)*cos(2*k*d*cos(theta))))+((E4(4)*cos(3*k*d*cos(theta))))+((E4(5)*cos(4*k*d*cos(theta))));
Afi4=((E4(2)*sin(k*d*cos(theta))))+((E4(3)*sin(2*k*d*cos(theta))))+((E4(4)*sin(3*k*d*cos(theta))))+((E4(5)*(sin(4*k*d*cos(theta)))));
ff4=abs(complex(Afr4,Afi4));
x1= cos(theta);
y1= sin(theta);
figure(4)
% plot(ff2.*x1,ff2.*y1)
 polar(theta,ff4,'--r')
title('Plot Excitation [1 2 1 0 0]')

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Afr5= E5(1)+((E5(2)*cos(k*d*cos(theta))))+((E5(3)*cos(2*k*d*cos(theta))))+((E5(4)*cos(3*k*d*cos(theta))))+((E5(5)*cos(4*k*d*cos(theta))));
Afi5=((E5(2)*sin(k*d*cos(theta))))+((E5(3)*sin(2*k*d*cos(theta))))+((E5(4)*sin(3*k*d*cos(theta))))+((E5(5)*(sin(4*k*d*cos(theta)))));
ff5=abs(complex(Afr5,Afi5));
x1= cos(theta);
y1= sin(theta);
figure(5)
% plot(ff2.*x1,ff2.*y1)
 polar(theta,ff5,'--r')
title('Plot Excitation [1 1 1 1 1]')