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基于Matlab的阵列天线数值分析
作者：徐茜 宫海波
来源：《现代电子技术》2013年第13期
摘 要： 为了能够快速有效地设计阵列天线，提出了在阵列天线设计过程中引入Matlab进行辅助设计。通过Matlab高效的数值计算能力和强大的绘图功能，直观地归纳出天线性能随着天线结构参数的变化情况，从而为阵列天线设计提供依据。实验结果表明，Matlab高效的数值计算能力可以直观的为阵列天线设计提供指导思路，从而可以快速有效地进行阵列天线设计。
关键词： 阵列天线； Matlab； 数值分析； 天线结构
中图分类号： TN82⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）13⁃0084⁃03
Matlab⁃based numerical analysis of array antenna
XU Qian， GONG Hai⁃bo
（Chinese Flight Test Establishment， Xi’an 710089， China）
Abstract： In order to design the array antenna rapidly and efficiently， a aided design in which
Matlab is introduced into the process of array antenna design is proposed. By the efficient numerical
computing power and powerful drawing functions of Matlab， we summarize intuitively the changes
of the antenna’s performance as the antenna structure changes， which provides reference for the
矩量法mａtlaｂ程序设计实例：
Haｌlen方程求对称振子天线
一、条件与计算目标
已知:
对称振子天线长为Ｌ,半径为a，且天线长度与波长得关系为,，设,半径a=0、０００0001，因此波数为。
目标：
用Hａllｅn方程算出半波振子、全波振子以及不同值得对应参数值。
求:（1）电流分布
（2）E面方向图 (二维）,H面方向图（二维）,半波振子空间方向性图(三维）
二、对称振子放置图
图1 半波振子得电流分布
半波振子天线平行于z轴放置，在ｘ轴与ｙ轴上得分量都为零，坐标选取方式有两种形式，一般选取图1得空间放置方式。图１给出了天线得电流分布情况，由图可知，当天线很细时,电流分布近似正弦分布。
三、Haｌｌen方程得解题思路
210''''12,cossinsin'zzizzzzizkzGzzdzckzckzEkzzdzj
对于中心馈电得偶极子，Hallen方程为
22'1222('),'cossinsin,2LLiLLVizGzzdzckzckzkzzj
脉冲函数展开与点选配，得到
1121,''cossinsin,1,2,,2nnNzinmmmmznVIGzzdzckzckzkzmNj
上式可以写成
矩阵形式为
四、结果与分析
（1）电流分布 xyl/2l/2馈电端~电流分布
图２
不同电流分布图
分析：由图2可知半波振子天线＝0、5得电流分布最大，馈点电流最大，时辐射电阻近似等于输入电阻,因为半波振子得输入电流正好就是波腹电流。
(2)E面方向图 （二维)
图５ 不同得E面方向图（1)
分析：
(a)θ＝0时，辐射场为0。
（b)当（短振子)时,方向函数与方向图与电流元得近似相同。
（c）时，最大辐射方向为,主瓣随增大变窄。后开始出现副瓣。由图6可以瞧出。
（d）时,随增大,主瓣变窄变小,副瓣逐渐变大;继续增大,主瓣转为副瓣，而原副瓣变为主瓣。(如图6所示）
第 1 页 天线阵代码
http://pudn/downloads164/sourcecode/math/detail750575.html
一、
clc
clear all
f=3e9;
N1=4;N2=8;N3=12;
a=pi/2; %馈电相位差
i=1; %天线电流值
lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长
d=lambda/2;
beta=2.*pi/lambda;
W=-2*pi:0.001:2*pi;
y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子
y1=abs(y1);
r1=max(y1);
y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子
y2=abs(y2);
r2=max(y2);
y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子
y3=abs(y3);
r3=max(y3);
%归一化阵因子绘图程序,
figure(1)
subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子
xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2')
subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子
xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2')
subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子
xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2')
%只有参数N改变的天线方向图
Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度概要
1 山东科技大学通讯工程系
创新性实验设计报告
实验项目名称 Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽
度
组长姓名学号
手机Email
成员姓名＿＿＿＿学号＿＿
成员姓名＿＿＿＿学号＿＿
专业通讯工程班级09—3
指导教师及职称
开课学期2011至2012学年＿2＿学期
提交时间2012年7月13日
一、实验纲要Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度概要
2
熟习课本第183页直线等距（LES）天线阵列的基来源理；
熟习常用的算法，包含最小均方计算（LES），递归最小平方计算（RLS）和恒模算法（CMA）。
能够利用matlab软件仿真天线阵列的方向图，而且利用matlab计算其半功率宽度。
二、实验目的
认识只好天线的构成，并能对天线矩阵进行剖析
运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线
变换各参量察看曲线变化并剖析参量间的关系
利用matlab计算LES阵列的半波宽度。
三、实验设计方案
1、实验原理
阵列天线：阵列天线是一类由许多于两个天线单元规则或随机摆列并经过适合激励获取预约辐射特征的特别天线。
阵列天线的辐射电磁场是构成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和因为各单元的地点和馈电电流的振幅和相位均能够独立调整，这就使阵列天
线拥有各样不一样的功能，这些功能是单个天线没法实现的。Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度概要
3
方向图原理：关于单元数好多的天线阵，用分析方法计算阵的总方向图相当繁琐。若是一个多元天线阵能分解为几个同样的子阵，则可利用方向图相乘原
理比较简单地求出天线阵的总方向图。 一个可分解的多元天线阵的方向图，
等于子阵的方向图乘上以子阵为单元
阵列天线
天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至获取单元数极少的简票据阵为止，而后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这类状况适应于单元是无方向性的条件，当单元以同样的取向摆列并自己拥有非平均辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
