Диаграммы направленности антенн (часть 1)
В примере рассматривается задание и построение диаграмм направленности (ДН) различных антенных элементов с помощью системных объектов (СО) библиотеки EngeePhased
Исходные параметры антенного элемента
Перед построением выберем тип графика: gr() - статический, plotlyjs() - динамический.
is_dinamic_plot = false # динамический график (true или false)
is_dinamic_plot ? plotlyjs() : gr()
Зададим основные параметры антенных элементов:
fc = 500e6 # частота излучения антенны
freq_rng = [50e6 1000e6] # частотный диапазон антенны
azim_ang = reshape(Vector(-180:180),1,:) # диапазон азимутальных углов
elev_ang = reshape(Vector(-90:90),1,:); # диапазон по углу места
1. Изотропный излучатель
Все антенные элементы располагаются во встроенной библиотеке "EngeePhased". Для задания системного объекта изотропного антенного элемента необходимо вызвать функцию EngeePhased.IsotropicAntennaElement
, внутри которой определить необходимые параметры элемента:
# Содание антенного элемента
iso_element = EngeePhased.IsotropicAntennaElement(
FrequencyRange=freq_rng, # частотный диапазон
BackBaffled=false # обратное отражение
)
Для построения ДН необходимо вызвать функцию pattern
c входными аргументами в следующем порядке:
pattern(
iso_element, # антенный элемента
fc, # частота излучения антенны
azim_ang, # диапазон азимутальных углов
elev_ang # диапазон по углу места
)
title!(" ДН изотропного элемента")
plot!(colorbar_title="КНД (дБи)")
2 Косинусный излучатель
Аналитически, выражение для ДН данной антенны имеет вид:
где функция ДН;
- азимутальный угол;
- угол места;
- показатели степени косинуса (вещественные числа, больше и равные нулю)
Программно косинусный элемент задается с помощью функции CosineAntennaElement
:
cos_element = EngeePhased.CosineAntennaElement(
FrequencyRange=[50e6 1000e6], # частотный диапазон
CosinePower=[1.5 1.5] # показатели степени функции косинуса
)
Построим ДН для нового антенного элемента
pattern(cos_element,fc,azim_ang,elev_ang)
title!(" ДН косинусной антенны")
plot!(colorbar_title="КНД (дБи)")
3 Кардиоидный антенный элемент
Антенный элемент формируется с помощью функции CardioidAntennaElement
Для задания направления минимума антенного элемента, необходимо задать ось и ее направление с помощью параметра NullAxisDirection
:
cardiod_element = EngeePhased.CardioidAntennaElement(
FrequencyRange=freq_rng, # частотный дипазон
NullAxisDirection="-x" # направление минимума антенны
)
В зависимости от параметра NullAxisDirection
характеристика ДН антенного элемента будет представлять выражение:
| "-x" | "-y" | "-z" |
| --------- | -------- |
| | |
| "+x" | "+y" | "+z" |
| --------- | -------- |
| | |
Построим антенный элемент
pattern(cardiod_element,fc)
title!("Диаграмма направленности кардиоидной антенны")
plot!(colorbar_title="КНД (дБи)")
4. Пользовательский антенный элемент
Кроме известных антенных элементов существует возможность сформировать собственный антенный элемент с произовольной диаграммой направелнностью.
Предположим, что требуется антенный элемент с ДН, заданной функцией Гаусса. Зададим поверхность с помощью функции gauss
:
gauss(x,y) = exp.(-(x.^2 .+ y.^2))
x_grid = LinRange(-4,4,361) # сетка по оси x
y_grid = LinRange(-2,2,181) # сетка по оси y
custom_pattern = gauss(x_grid',y_grid);
Визуализируем поверхность в декартовых координатах:
surface(
x_grid,y_grid,custom_pattern,
title="Повехность функции гаусса",
xlabel="x",ylabel="y",
zlabel="z",xlims=(-2,2)
)
Теперь, с помощью системного объекта EngeePhased.CustomAntennaElement
сформируем пользователький антенный элемент:
custom_element = EngeePhased.CustomAntennaElement(
MagnitudePattern = custom_pattern
);
fig2 = pattern(custom_element,fc)
plot!(fig2,title="ДН пользовательской антенны",
colorbar_title="КНД, дБи"
)
В результате применения пользовательского антенного элемента получилось достигнуть более направленной ДН.
Заключение
В примере продемонстрирована построение и анализ характеристик антенных элементов с помощью встроенной библиотеки EngeePhased
. С использованием данной библиотеки возможно построения готовых элементов или задавать собственный антенный элемент с произвольной диаграммой направленностью.