有源单元方向图合成阵列的有源方向图核心在于用“有源单元方向图”替代理想阵元因子来计入阵元间的互耦与平台效应。它不再假设每个单元在阵列中仍独立辐射而是把“只激励一个单元、其余单元接匹配负载”时测得的实际远场方向图作为合成阵列总方向图的基本单元。阵列总方向图由各单元的有源方向图按激励幅相加权叠加得到对于有限阵列最稳妥的做法是在前半球对每个单元的有源方向图加权求和必要时再乘修正因子以得到绝对远场方向图。这样合成出的波束能较准确反映互耦对主瓣形状、副瓣电平及扫描特性的影响常用于波束赋形、低副瓣综合和共形阵分析尤其适合阵列规模不太大、或对精度要求高于纯理论阵列因子的情况。局限在于每个单元的有源方向图通常需全波仿真或实测获取大阵列逐元提取成本较高常配合小阵外推或方向分解等加速手段。这一方法在相控阵测试中还有一个很实用的变通场景当移相器等硬件不便提供相移、无法直接做物理波束扫描时可以用有源单元方向图在后处理端合成某一扫描角下的方向图作为测试结果。具体做法是保持阵列结构完整只激励一个单元、其余接匹配负载在暗室中测出该单元在阵列环境下的实际远场方向图对参与合成的单元逐一重复确保所有测试在相同阵列物理状态安装平台、连接状态下进行因为互耦对平台和周边负载很敏感。然后选定关心的扫描角θ0按线阵为例计算各单元应加相位把这些相位权值分别乘到对应单元的实测有源方向图上再矢量叠加就得到该扫描角下的合成方向图。其本质是用后处理的数据合成替代硬件移相器实现的物理波束扫描由于互耦已包含在实测有源单元方向图中合成结果比纯理论阵因子更接近真实扫描表现。需要留意的边界是这种方法主要预测发射方向图的近似形状与波束指向单激励测试不能完全捕捉有源阻抗失配随扫描角变化带来的增益损失因此绝对增益精度有限但主瓣位置和副瓣轮廓通常有很好的参考价值阵列规模不宜过大大阵列逐元测试耗时很长通常只测中心区域若干单元、边缘做近似处理或配合仿真外推它适合验证“能不能扫到那个角”、波束形状和副瓣是否可接受若需精确标定绝对增益或验证有源驻波随扫描变化仍需移相器正常工作下的真实扫描测试。因此把它定位为扫描波束形状的近似预测而非绝对性能的最终判定比较稳妥。根据701暗室导出的数据格式制作了一键合成阵列有源方向图的项目如下。以E面方向图测试为例对于一个八元阵依次激励其中一个单元、其余单元接匹配负载由此测得全部8个单元的有源方向图。将测试系统导出的数据保存至“E面测试数据”文件夹。若需将测试数据与仿真数据进行直观对比则将待观测的仿真方向图数据由HFSS直接导出放置于“E面仿真数据”文件夹中。其中array.csv对应0°扫描角的方向图数据array60.csv对应60°扫描角array75.csv同理。数据准备就绪后按以下两步运行程序第一步运行ceshishujuduqu.m。该脚本用于将测试系统直接导出的原始数据按所需频点进行整理分类生成新的数据表便于后续方向图的读取与合成第二步运行AEPceshiEplane.m完成方向图的合成与对比。得到的计算结果如下图所示由上图可见合成方向图与仿真方向图在主瓣位置和副瓣轮廓上具有良好的一致性但二者仍存在一定差距。因此若需精确标定绝对增益或验证有源驻波随扫描角的变化特性仍须借助移相器正常工作下的真实扫描测试而对于扫描波束形状的近似预测本方法则是可行的。需要说明的是以上两种方向图均为归一化结果目的是便于测试数据与仿真数据的直观对比。若需考察测试数据的实际增益值定义为接收功率与发射功率之比即 P接收/P发射该值在后续增益计算中可能用到可对以下代码进行相应修改%% 绘图设置 (归一化 vs 绝对增益) normalize_plot 1; % 1: 归一化(推荐看波束形状); 0: 绝对增益(看实际dBi)参考文献使用MATLAB依据HFSS单元方向图绘制阵列的合成方向图(直线阵)
有源单元方向图合成阵列的有源方向图核心在于用“有源单元方向图”替代理想阵元因子来计入阵元间的互耦与平台效应。它不再假设每个单元在阵列中仍独立辐射而是把“只激励一个单元、其余单元接匹配负载”时测得的实际远场方向图作为合成阵列总方向图的基本单元。阵列总方向图由各单元的有源方向图按激励幅相加权叠加得到对于有限阵列最稳妥的做法是在前半球对每个单元的有源方向图加权求和必要时再乘修正因子以得到绝对远场方向图。这样合成出的波束能较准确反映互耦对主瓣形状、副瓣电平及扫描特性的影响常用于波束赋形、低副瓣综合和共形阵分析尤其适合阵列规模不太大、或对精度要求高于纯理论阵列因子的情况。局限在于每个单元的有源方向图通常需全波仿真或实测获取大阵列逐元提取成本较高常配合小阵外推或方向分解等加速手段。这一方法在相控阵测试中还有一个很实用的变通场景当移相器等硬件不便提供相移、无法直接做物理波束扫描时可以用有源单元方向图在后处理端合成某一扫描角下的方向图作为测试结果。具体做法是保持阵列结构完整只激励一个单元、其余接匹配负载在暗室中测出该单元在阵列环境下的实际远场方向图对参与合成的单元逐一重复确保所有测试在相同阵列物理状态安装平台、连接状态下进行因为互耦对平台和周边负载很敏感。然后选定关心的扫描角θ0按线阵为例计算各单元应加相位把这些相位权值分别乘到对应单元的实测有源方向图上再矢量叠加就得到该扫描角下的合成方向图。其本质是用后处理的数据合成替代硬件移相器实现的物理波束扫描由于互耦已包含在实测有源单元方向图中合成结果比纯理论阵因子更接近真实扫描表现。需要留意的边界是这种方法主要预测发射方向图的近似形状与波束指向单激励测试不能完全捕捉有源阻抗失配随扫描角变化带来的增益损失因此绝对增益精度有限但主瓣位置和副瓣轮廓通常有很好的参考价值阵列规模不宜过大大阵列逐元测试耗时很长通常只测中心区域若干单元、边缘做近似处理或配合仿真外推它适合验证“能不能扫到那个角”、波束形状和副瓣是否可接受若需精确标定绝对增益或验证有源驻波随扫描变化仍需移相器正常工作下的真实扫描测试。因此把它定位为扫描波束形状的近似预测而非绝对性能的最终判定比较稳妥。根据701暗室导出的数据格式制作了一键合成阵列有源方向图的项目如下。以E面方向图测试为例对于一个八元阵依次激励其中一个单元、其余单元接匹配负载由此测得全部8个单元的有源方向图。将测试系统导出的数据保存至“E面测试数据”文件夹。若需将测试数据与仿真数据进行直观对比则将待观测的仿真方向图数据由HFSS直接导出放置于“E面仿真数据”文件夹中。其中array.csv对应0°扫描角的方向图数据array60.csv对应60°扫描角array75.csv同理。数据准备就绪后按以下两步运行程序第一步运行ceshishujuduqu.m。该脚本用于将测试系统直接导出的原始数据按所需频点进行整理分类生成新的数据表便于后续方向图的读取与合成第二步运行AEPceshiEplane.m完成方向图的合成与对比。得到的计算结果如下图所示由上图可见合成方向图与仿真方向图在主瓣位置和副瓣轮廓上具有良好的一致性但二者仍存在一定差距。因此若需精确标定绝对增益或验证有源驻波随扫描角的变化特性仍须借助移相器正常工作下的真实扫描测试而对于扫描波束形状的近似预测本方法则是可行的。需要说明的是以上两种方向图均为归一化结果目的是便于测试数据与仿真数据的直观对比。若需考察测试数据的实际增益值定义为接收功率与发射功率之比即 P接收/P发射该值在后续增益计算中可能用到可对以下代码进行相应修改%% 绘图设置 (归一化 vs 绝对增益) normalize_plot 1; % 1: 归一化(推荐看波束形状); 0: 绝对增益(看实际dBi)参考文献使用MATLAB依据HFSS单元方向图绘制阵列的合成方向图(直线阵)
