基于全息原理的平面相控阵天线激励值计算及Matlab实现

本文介绍如何使用全息原理计算平面相控阵天线的阵元激励值，并提供Matlab代码示例，用于计算目标指向为指定方位角和俯仰角时的激励值。

问题描述

假设一个平面相控阵天线具有以下参数：

N = 60; % x方向阵元个数* M = 60; % y方向阵元个数* f = 12; % 信号频率单位GHz* c = 2.99792 * 10^8; % 光速单位m/s* lambda = c / (f * 10^9); % 波长，需要将GHz转换为Hz* lambdag = lambda * 0.88; % 波导中波长* dx = lambdag / 5; % x方向单元间距* dy = lambdag / 5; % y方向单元间距* phi = linspace(-90, 90, 181); % 方位角范围* theta = linspace(-90, 90, 181); % 俯仰角范围* theta0 = 0; % 目标俯仰角* phi0 = 0; % 预先设定的方向，目标方位角

我们需要计算目标指向为 (theta0, phi0) 时的所有阵元激励值。

基于全息原理的解决方案

全息原理可以用于计算阵列天线的激励值，以实现期望的波束方向。其基本思想是根据目标方向，计算每个阵元发射信号的相位差，从而使信号在目标方向上同相叠加，形成波束。

以下是基于全息原理获取目标指向为 (theta0, phi0) 时的所有阵元激励值的MATLAB代码：matlab% 计算每个阵元的相位phase = exp(1i * 2 * pi * (dx / lambda) * sin(deg2rad(theta0)) * sin(deg2rad(phi0)) * (0:N-1)' * ones(1, M));phase = phase .* (ones(N, 1) * exp(1i * 2 * pi * (dy / lambda) * sin(deg2rad(theta0)) * cos(deg2rad(phi0)) * (0:M-1)));% 计算每个阵元的激励值excitation = exp(1i * phase);

其中：

phase 是每个阵元的相位，使用矩阵形式存储，方便后续计算。* excitation 是每个阵元的激励值，也使用矩阵形式存储。

代码解释

计算相位： * 首先根据目标方向 (theta0, phi0) 计算每个阵元在 x 和 y 方向上的相位差。 * 然后利用 repmat 函数将 x 和 y 方向的相位差扩展成与阵列尺寸相同的矩阵，并相乘得到每个阵元的总相位。2. 计算激励值： * 利用 exp(1i * phase) 将相位转换为复数形式的激励值。

总结

本文介绍了如何使用全息原理计算平面相控阵天线的阵元激励值，并提供了Matlab代码示例。该方法简单易懂，可以方便地应用于不同参数的阵列天线。