Matlab实现均匀线阵、均匀面阵三维方向图.zip_均匀面阵方向图资源-CSDN文库

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5星 · 超过95%的资源 20 浏览量 2022-06-18 13:23:57 上传评论 16 收藏 45KB ZIP 举报

在电子工程和信号处理领域，计算和分析天线或阵列的辐射特性是至关重要的任务。Matlab作为一款强大的数值计算软件，常被用于此类计算。本教程“Matlab实现均匀线阵、均匀面阵三维方向图”是针对本科和硕士学生设计的基础教程，旨在帮助他们在教研学习中掌握如何使用Matlab进行天线阵列方向图的模拟。我们需要理解什么是均匀线阵和均匀面阵。均匀线阵是由一系列等间距排列的天线元素组成的直线结构，每个元素发出的信号相位相同，通过调整元素间的距离和信号相位差，可以控制辐射波束的方向。而均匀面阵则是二维的，通常由多个均匀线阵并排或堆叠组成，具有更复杂的波束控制能力。在Matlab中，实现这些阵列的三维方向图涉及以下几个关键步骤： 1. **定义阵列参数**：包括天线元素的数量、间距、排列方式（线性或平面）以及阵元的物理特性如增益和相位响应。 2. **计算阵列因子**：阵列因子是描述阵列辐射特性的函数，它与阵列元素的位置和发射信号的相位有关。对于均匀线阵，阵列因子可以简单地表示为复数指数函数的和；对于均匀面阵，计算将更为复杂，可能需要使用二维傅里叶变换。 3. **创建三维空间坐标**：为了绘制方向图，我们需要一个三维坐标系，其中包含水平角（azimuth angle）和垂直角（elevation angle）。 4. **计算辐射功率分布**：利用阵列因子和空间坐标，我们可以计算出在各个方向上的辐射功率。 5. **绘制三维方向图**：使用Matlab的图形函数，如`surf`或`mesh`，来展示辐射功率与角度的关系，形成三维方向图。 6. **调整参数**：根据实际需求，可以通过改变阵列的配置，如元素间距、相位分布等，来优化方向图的形状和性能。这个教程可能会提供详细的代码示例，演示如何在Matlab2019a环境下执行上述步骤。对于初学者来说，理解并实践这些代码可以帮助他们深入理解阵列天线的基本原理，并学会如何应用Matlab进行相关的计算和模拟。这个教程对那些希望在无线通信、雷达系统或天线设计等领域深化理解和技能的学子而言是一份宝贵的资源。通过实际操作，他们不仅可以学习到理论知识，还能提高编程和问题解决的能力。

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Matlab实现均匀线阵、均匀面阵三维方向图.zip （3个子文件）

Matlab实现均匀线阵、均匀面阵三维方向图

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clc clear; close all; f0=20e3; %频率 c=1500; %速度 lamda=c/f0; %波长??????? dy=lamda/2; %y方向阵元间距? dz=lamda/2; %z方向阵元间距?? dx=lamda/2; beta=2*pi/lamda; theta = (-90:1:90)./180*pi; %θ范围 phi = (-90:1:90)./180*pi; %φ范围 x=[-5.5:5.5]*dx; y=zeros(1,length(x)); figure(1) plot(x,y,'r*'); title('均匀线阵示意图'); Fd=zeros(1,length(theta)); for ii=1:length(x) Fd=Fd+exp(1j*beta*x(ii)*sin(theta)); end Fd=abs(Fd)/max(abs(Fd)); figure(2) plot(theta*180/pi,Fd); xlabel('\theta'); ylabel('amplitude'); title('均匀线阵波束图0°'); S1=exp(j*beta*x*sin(30/180*pi)); for ii=1:length(theta) F1(ii)=S1*exp(-1j*beta*x.'*sin(theta(ii))); end figure(3) F1=abs(F1)/max(abs(F1)); plot(theta*180/pi,F1); title('均匀线阵波束图30°'); %------------------------?????????------------------------------------------ GlobalU(:,:,2)=[(-2.5:2.5) (-3.5:3.5) (-4.5:4.5) (-5.5:5.5) (-5.5:5.5) (-5.5:5.5)... (-5.5:5.5) (-5.5:5.5) (-5.5:5.5) (-4.5:4.5) (-3.5:3.5) (-2.5:2.5)]*dy; GlobalU(:,:,3)=[(ones(1,6)*-6)+0.5 (ones(1,8)*-5)+0.5 (ones(1,10)*-4)+0.5 (ones(1,12)*-3)+0.5 ... (ones(1,12)*-2)+0.5 (ones(1,12)*-1)+0.5 (ones(1,12)*1)-0.5 (ones(1,12)*2)-0.5... (ones(1,12)*3)-0.5 (ones(1,10)*4)-0.5 (ones(1,8)*5)-0.5 (ones(1,6)*6)-0.5]*dz; num=length(GlobalU(:,:,1)); figure(4) plot(GlobalU(:,:,2),GlobalU(:,:,3),'r*'); title('面阵示意图'); [Theta,Phi]=meshgrid(theta,phi); Fe=zeros(length(phi),length(theta)); for ii=1:num Fe=Fe+exp(1j*beta*(GlobalU(:,ii,2)*(sin(Theta).*cos(Phi))+GlobalU(:,ii,3)*sin(Phi))); end Fe=abs(Fe)/max(max(abs(Fe))); figure(5) mesh(Theta*180/pi,Phi*180/pi,Fe); xlabel('\theta'); ylabel('\phi'); title('三维波束图'); S2=exp(1j*beta*(GlobalU(:,:,2)*(sin(30/180*pi).*cos(0/180*pi))+GlobalU(:,:,3)*sin(0/180*pi))); for ii=1:length(phi) for jj=1:length(theta) F2(ii,jj)=S2*exp(-1j*beta*(GlobalU(:,:,2)*(sin(theta(jj)).*cos(phi(ii)))+GlobalU(:,:,3)*sin(phi(ii)))).'; end end figure(6) F2=abs(F2)/max(max(abs(F2))); mesh(theta*180/pi,phi*180/pi,F2); title('三维波束图'); xlabel('\theta'); ylabel('\phi'); M=12; yi=zeros(M,M); for ii=1:M yi(ii,:)=(-M/2+0.5:M/2-0.5)*dy; end yi=reshape(yi,1,M*M); zi=zeros(M,M); for ii=1:M zi(ii,:)=(ones(1,M)*(-M/2+ii)-0.5)*dz; end zi=reshape(zi,1,M*M); GlobalV(:,:,2)=yi; GlobalV(:,:,3)=zi; nun=length(GlobalV(:,:,1)); figure(7) plot(GlobalV(:,:,2),GlobalV(:,:,3),'r*'); title('均匀面阵示意图'); Ff=zeros(length(phi),length(theta)); for ii=1:nun Ff=Ff+exp(1j*beta*(GlobalV(:,ii,2)*(sin(Theta).*cos(Phi))+GlobalV(:,ii,3)*sin(Phi))); end Ff=abs(Ff)/max(max(abs(Ff))); figure(8) mesh(Theta*180/pi,Phi*180/pi,Ff); xlabel('\theta'); ylabel('\phi'); title('三维波束图'); S3=exp(1j*beta*(GlobalV(:,:,2)*(sin(0/180*pi).*cos(8/180*pi))+GlobalV(:,:,3)*sin(8/180*pi))); S4=exp(1j*beta*(GlobalV(:,:,2)*(sin(0/180*pi).*cos(-8/180*pi))+GlobalV(:,:,3)*sin(-8/180*pi))); SS=S3+S4; for ii=1:length(phi) for jj=1:length(theta) F3(ii,jj)=SS*exp(-1j*beta*(GlobalV(:,:,2)*(sin(theta(jj)).*cos(phi(ii)))+GlobalV(:,:,3)*sin(phi(ii)))).'; end end figure(9) F3=abs(F3)/max(max(abs(F3))); mesh(theta*180/pi,phi*180/pi,F3); title('三维波束图'); xlabel('\theta'); ylabel('\phi');

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