阵列信号处理——深入分析均匀直线阵列的特性
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前言
几经挫折，最终毅然决定步入阵列信号处理的殿堂，回归到自己的老本行，做信号处理。在学懂均匀直线阵列后，本次通过MATLAB的仿真结果来分析一下均匀直线阵列天线的波束宽度、零点位置、副瓣电平、栅瓣等特性。
一、均匀直线阵列方向图公式
在一定假设条件下，均匀线阵的方向图计算公式为
其中，，
。
当然，这只是最常用的一个计算公式，还有其他的计算公式。
二、程序原码
%% 函数功能,计算均匀线阵方向图
% c:波长
% f:信号频率
% d:阵元间距
% N:阵元个数
% theta0: 波束指向角度
function [theta,F]=uniform_linear_array(c,f,d,N,theta0)
bujing=0.1;
theta=-90:bujing:90; % 扫描角取值范围
n=[0:1:N-1]'; % 列矢量
W = exp(1j*2*pi*f*n*d*sind(theta0)/c); %权值计算
for p=1:length(theta) % 扫描角取值范围
V = exp(1j*2*pi*f*n*d*sind(theta(p))/c);% 方向矢量
F(p) =W'*V; %计算方向图 '表示共轭转置
end
F=abs(F); % 取信号的模
F=20*log10(F/max(F));% 归一化
end
三、线阵天线波束的宽度
波束的宽度：
可见，波束的半功率点宽度随着的增大而增大。
仿真时，参数设置如下：
c=3e8; % 光速
f=1e9; % 信号频率
lamda=c/f;
d=1/2*lamda; % 阵元间距
N=8; % 阵元个数
theta0=0; % 波束指向角度
仿真结果为：
从图中可知，波瓣宽度为12.8°，按照公式计算为：
结果近似对的上，仿真无误。
当我改变参数如下：
c=3e8; % 光速
f=1e9; % 信号频率
lamda=c/f;
d=1/2*lamda; % 阵元间距
N=8; % 阵元个数
theta0=60; % 波束指向角度
仿真结果为：
此时，图中波瓣宽度为77.8-49=28.8°。
公式计算结果为：
结果近似对的上，仿真无误。
四、线阵天线波束的零点位置
c=3e8; % 光速
f=1e9; % 信号频率
lamda=c/f;
d=1/2*lamda; % 阵元间距
N=8; % 阵元个数
theta0=0; % 波束指向角度
按照公式
第一个零点位置
第二个零点位置
与仿真结果非常接近。
五、线阵天线的副瓣电平
线阵天线的副瓣电平是固定的，不会随着参数的改变而变动。
c=3e8; % 光速
f=1e9; % 信号频率
lamda=c/f;
d=1/2*lamda; % 阵元间距
N=8; % 阵元个数
theta0=30; % 波束指向角度
公式结果与仿真计算结果接近。
六、线阵栅瓣的形成与抑制
可能出现栅瓣的位置
例如波束不扫描时
c=3e8; % 光速
f=1e9; % 信号频率
lamda=c/f;
d=lamda; % 阵元间距
N=8; % 阵元个数
theta0=0; % 波束指向角度
d=λ就会有两个栅瓣一个主瓣
不出现栅瓣的条件为
这就是我们为什么经常将阵元间距取半个波长，为了抑制栅瓣。
总结
以上就是今天要讲的内容，本文简要分析了一下均匀直线阵列的特性，希望对大家有所帮助。