基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列天线设计

分享到:

等幅激励的均匀线阵的副瓣电平幅度较高,可使用切比雪夫综合法、泰勒综合法实现阵列天线的方向图低副瓣特性。当天线的阵元个数超越一定范围时,切比雪夫的两端的电流差距很大,阵列天线两端的单元会发生突然的跳变的现象,影响天线的低副瓣效果。因此,切比雪夫综合法在某些雷达系统中并不是很适用,为了解决这一问题,可以使用泰勒综合法,接下来就让我们具体看一下。
 
1、基于泰勒综合法的均匀阵列
 
泰勒综合法是实现低副瓣阵列天线的一种方法,具有副瓣电平可控的特性,并且由于副瓣的递减特性不会出现切比雪夫综合法里面两端突然跳变的现象,降低馈电网络设计的复杂度,并且还会增强天线的方向性在工程上得到了广泛的认可。辐射特性具有如下特点:主瓣两侧的若干副瓣电平大小相似;其余区域副瓣电平会单调减小。
 
由以上特点可知,阵列天线的激励从中间往两侧会单调递减,不会发生切比雪夫综合法中的跳变现象,方向图函数为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
上式为构造的泰勒空间因子,具有理想空间因子可调副瓣电平和前n-1个副瓣电平接近相等的性质,同时在远区副瓣保持了基本函数的副瓣峰值,也具备μ-1的衰减特性。其零点位置为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
令天线阵列馈电幅度分布为I(ξ),其具有的泰勒分布如下图所示。
 
(1)、泰勒连续分布
 
泰勒连续分布示意图如图 所示。
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
泰勒分布示意图
 
对应的连续电流分布为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
其中,kξ表示均匀相位常数,α(ξ)是非均匀相位常数,由上图可知,电流分布具有对称性,则该分布对应的阵列单元辐射阵因子为:
 
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
1. X=i=0时,泰勒方向图函数 S(x)=1;
2. X=i小于n时,S(x)为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
1. X=i大于n时,S(x)=0。
2. 口径场分布函数I(ξ)为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
(2)、离散化
 
对于线阵而言,需要对上图进行离散化,每个抽样值对应着直线阵列上的单元激励,利用抽样定理,可以增加抽样点使阵列单元的对应的幅度分布来贴合泰勒分布的连续线源幅度。
 
离散化后,每个阵元的坐标位置为:
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
该式说明,对泰勒线源进行抽样时,抽样结果只与抽样点数相关,可以看出激励幅度与单元数量有关,而和单元间距无关。
 
2、联合仿真分析
 
(1)、阵元数不变,调整阵间距
 
对于20阵元的天线,分别仿真了间距为λ、λ/2、λ/4情况下的辐射特性,如下图所示。三种情况下的天线阵元激励幅度相同。
 
单元数为20,阵元间距d为λ,指向0度
   
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 
 
单元数为20,阵元间距d为λ/2,指向0度
   
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 d=λ/2辐射特性
 
 
单元数为20,阵元间距d为λ/4,指向0度
   
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 d=λ/4辐射特性
 
(2)、切比雪夫综合与泰勒综合对比
 
下面通过python与HFSS设计了两组12元阵天线,分别采用了切比雪夫综合法和泰勒综合法,对比说明两者的不同之处。
 
基于切比雪夫综合法,单元数为12,阵元间距d为λ/2,指向0度
 
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
切比雪夫综合法得到的辐射特性
 
基于泰勒综合法,单元数为12,阵元间距d为λ/2,指向0度
    
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
基于泰勒综合法的PYTHON与HFSS联合仿真阵列
 泰勒综合法得到的辐射特性
 
两者对比情况
 
通过对比可知,切比雪夫综合方法的阵列天线副瓣幅度一致;泰勒综合法的随着角度逐渐偏离主瓣,副瓣电平逐次递减;其次,单元太少则达不到预设值。
 
3、 小结
 
由上述分析可知,1.切比雪夫综合方法的阵列天线副瓣幅度一致;泰勒综合法的随着角度逐渐偏离主瓣,副瓣电平逐次递减;2.阵元数大于13时,适用泰勒综合法;3.单元太少则达不到预设值。
 
继续阅读
加强先进芯片制造:散射检测仪与CD-SEM的结合为关键

随着芯片制造工艺的不断迭代更新,对于芯片检测技术的要求也日益提高。在传统的制程检测方法中,传送带承载芯片逐一通过光学显微镜、SEM(扫描电子显微镜)等仪器进行检测,但这种方式存在检测精度低、追溯性差等问题。为此,散射检测仪和CD-SEM结合应运而生,成为目前先进芯片制造过程中的重要检测手段之一。本文将介绍散射检测仪和CD-SEM结合的原理、优势及应用情况,探讨其在先进芯片制造方面的重要作用。

浅谈射频环行器

对于射频工程师来说,射频环行器是有很多应用的,在整个电路设计过程中能够起到很大的作用。它是将进入其任一端口的入射波,按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件,又叫射频隔离器。射频或微波环行器或隔离器是通常具有三个,有时是四个端口的设备,它们用于射频系统设计,需要将电源从一个端口传输到另一个端口,同时将电源与另一个端口隔离。

还在为射频电路设计犯愁吗?看这一篇就够了

电路设计是非常复杂的一门学科,可以说是学无止境,几乎没有一个人说自己精通所有的电路设计,即使是最自信的设计人员,对于射频电路也往往望而却步,因为它会带来巨大的设计挑战,并且需要专业的设计和分析工具。今天我们就带大家一起看看在射频 PCB 设计中的一些技巧,帮助你事半功倍。

车际互联,出行多元

智能汽车是目前科技领域的热门话题,与传统汽车相比,它不仅在驾乘体验上提供更加舒适、安全和高效的服务,还可以实现与其他车辆、基础设施和云端等设备的互联互通,构建一个智慧出行的生态系统。因此,汽车行业正在经历前所未有的变革,被称为“新四化”,即电气化、网联化、智能化和共享化。其中,网联化是这场变革的基础和核心,指的是汽车通过各种通信技术与车内设备、车际设备和云端设备进行车联网,实现数据交换、信息共享和服务协同。

CAN报文自定义协议转发操作原理与步骤

在CAN总线通信的应用领域中,很多客户需要将CANID放在CAN报文中,这样更方便接入不同的设备,有利于用户通过模块更方便地组建自己的网络,使用自定的应用协议。但是要实现这样的应用,用户往往需要不停地去修改参数。