Das Antennen-Array-Synthese-Tool

Das Antennen-Array-Synthese-Werkzeug hilft bei den Anfangsphasen der Array-Konstruktion. Es unterstützt Ingenieure bei der Synthese von Arrays verschiedener Formen, wie z. B. lineare, planare und kreisförmige Arrays mit unterschiedlichen Anregungsverteilungen und Strahlungselementen. Das Array-Synthese-Werkzeug enthält mehrere Konstruktionsalgorithmen, die die erforderlichen Array-Parameter für bestimmte Zielsetzungen definieren. Anwender können zudem Array-Layouts in Antenna Magus importieren und diese mithilfe von Operatoren ändern.

Eine nützliche Anwendung für das Array-Synthese-Tool ist die Verteilungsmatrix-Importfunktionalität (Distribution Matrix, DM). Sie ermöglicht es Anwendern, benutzerdefinierte Array-Layouts mithilfe von TSV-Dateien (Tab-seperated Values) anzugeben. Antenna Magus liest den Abstand (X, Y, Z), die Amplitude und die Phase jedes Elements und berechnet das synthetisierte Array unter Verwendung des angegebenen Elementfernfeldes.

Antennen-Array-Typen

Der Antenna Magus Informationsbrowser bietet weitere Informationen zur Verwendung der Array-Synthese in: Antenne-Array-Synthese in Antenna Magus und in der Hilfe: Wie verwende ich das Array-Synthese-Werkzeug?  Der letztgenannte Artikel beschreibt auch die verschiedenen Anregungsverteilungen im Detail und liefert Referenzen für ein tiefgreifenderes Studium.

Querstrahler mit Standardgewichtung

Dieser Synthesealgorithmus entwirft eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite. Antenna Magus ordnet die Elemente des Arrays entlang der X-Achse an, wobei das resultierende Fernfeld symmetrisch um die X-Achse und die Spitzen-Direktivität in der YZ-Ebene (Querstrahler) liegt.

Dieser Konstruktionsalgorithmus legt den Abstand zwischen den Elementen immer auf 0,49 λ fest. Die Spezifikation einer Richtwirkung von weniger als 20 dB oder einer Strahlbreite von mehr als 20° führt dazu, dass alle Nebenkeulen gleich oder -20 dB unter der Richtwirkung des Hauptstrahls liegen [Dolph-Chebyshev-Anregungs-Taper]. Bei Konstruktionen mit höherer Verstärkung liegen die ersten fünf Nebenkeulen -20 dB unterhalb der Hauptstrahlrichtung [Villeneuve-Anregungs-Taper].

Querstrahler-Richtwirkung und Scanwinkel

Dieser Synthesealgorithmus entwickelt eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite und einen Scanwinkel. Antenna Magus ordnet die Elemente des Arrays entlang der X-Achse an. Das resultierende Fernfeld ist rotationssymmetrisch um die X-Achse und die Direktivität liegt im angegebenen Scanwinkel von der YZ-Ebene weg.

Dieser Konstruktionsalgorithmus legt den Abstand zwischen den Elementen immer auf 0,49 λ fest. Die Spezifikation einer Direktivität von weniger als 20 dB oder einer Strahlbreite von mehr als 20° führt dazu, dass alle Nebenkeulen gleich oder -20 dB unter der Richtwirkung des Hauptstrahls liegen [Dolph-Chebyshev-Anregungsverteilung]. Bei Konstruktionen mit höherem Gewinn liegen die ersten fünf Nebenkeulen -20 dB unterhalb der Hauptstrahlrichtung [Villeneuve-Anregungs-Taper]. Die Spezifikation des Scanwinkels führt zu einem Phasenversatz zwischen Elementen in der Anregung.

Querstrahler-Richtwirkung und Anregungs-Taper

Dieser Synthesealgorithmus entwickelt eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite und einen Scanwinkel. Antenna Magus ordnet die Elemente des Arrays entlang der X-Achse an. Das resultierende Strahlungsdiagramm ist rotationssymmetrisch um die X-Achse und die Spitzenrichtwirkung liegt im angegebenen Scanwinkel von der YZ-Ebene weg.

Dieser Konstruktionsalgorithmus legt den Abstand zwischen den Elementen immer auf 0,5 λ fest. Antenna Magus ermöglicht die Auswahl der Anregungsverteilung zwischen gleichmäßiger Erregung [Gleichförmig], gleichmäßiger Nebenkeulenebene [Dolph-Chebyshev] und gleichförmigen ersten Nebenkeulen [Villeneuve]. Anschließend können ggf. die Ebene der Nebenkeule und die Anzahl der Nebenkeulen angegeben werden.

Querstrahler-Richtwirkung, Scanwinkel und Anregungsverteilung

Dieser Synthesealgorithmus entwirft eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite, einen Scanwinkel und eine Anregungsverteilung. Der Anwender kann die Anregungsverteilung zur Steuerung der Nebenkeulen angeben, während er den Scanwinkel (vom Querstrahl vorgegeben) verwendet, um ein Array mit einer Richtungsabweichung (Beam Squint) in einem bestimmten Abstrahlwinkel zu entwerfen. Antenna Magus kann dieses Array mit den Elementen entwerfen, die entlang einer der drei Hauptachsen angeordnet sind. Das resultierende Strahlungsdiagramm ist rotationssymmetrisch um die ausgewählte Achse und die Spitzenrichtwirkung liegt im angegebenen Scanwinkel von der Ebene weg, die senkrecht zu dieser Achse ist.

Dieser Konstruktionsalgorithmus kann den Abstand zwischen den Elementen als Eingabe verwenden. Werte zwischen 0 λ und 5 λ sind möglich. Ein Abstand von über 0,5 λ kann dazu führen, dass unerwünschte Gitterkeulen zusammen mit der gewünschten Hauptkeule entstehen. Daher könnte die Richtschärfe niedriger sein als vorgesehen. Die Energie in der Gitterkeule kann in den Konstruktionsanforderungen der Hauptkeulen kompensiert werden. Die Richtung der Hauptkeule kann zwischen -90° und 90 Grad festgelegt werden. Anwender können die Anregungsverteilung als gleichmäßige Anregung [Gleichförmig], gleichförmige Nebenkeulenebene [Dolph-Chebyshev] und erste gleichmäßige Nebenkeulen [Villeneuve] auswählen. Anschließend können ggf. die Ebene der Nebenkeule und die Anzahl der Nebenkeulen angegeben werden.

Längsstrahler-Richtwirkung oder Strahlbreite

Dieser Synthesealgorithmus entwirft eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite. Antenna Magus ordnet die Elemente des Arrays entlang der X-Achse an. Die Hauptkeule des resultierenden Strahlungsdiagramms ist ein Drehkörper um die X-Achse, mit der Spitzenrichtwirkung in +X-Richtung.

Der Abstand zwischen den Elementen beträgt immer 0,49 λ, wenn dieser Konstruktionsalgorithmus verwendet wird. Wenn eine Direktivität von weniger als 20 dB oder eine Strahlbreite von mehr als 20° angegeben wird, sind alle Nebenkeulen gleich und liegen -20 dB unter der Richtwirkung des Hauptstrahls [Dolph-Chebyshev Anregungs-Taper]. Bei Konstruktionen mit höherer Verstärkung liegen die ersten fünf Nebenkeulen -20 dB unterhalb der Hauptstrahlrichtung [Villeneuve-Anregungs-Taper]. Die Spezifikation des Scanwinkels führt zu einem Phasenversatz zwischen Elementen in der Anregung.

Längsstrahler-Richtwirkung und Anregungsverteilung

Dieser Synthesealgorithmus entwirft eine lineare Anordnung für eine bestimmte Richtwirkung oder Strahlbreite und einen Anregungs-Taper. Die Richtung des Strahlungsdiagrams kann auf jede beliebige Richtung der kartesischen Achse eingestellt werden. Die Spezifikation des Anregungs-Tapers steuert die Nebenkeulen. Das resultierende Strahlungsdiagramm dieser Anordnung ist immer rotationssymmetrisch um die ausgewählte Achse.

Dieser Konstruktionsalgorithmus kann den Abstand zwischen den Elementen als Eingabe verwenden. Werte zwischen 0 λ und 5 λ sind möglich. Bei einem Abstand von über 0,5 λ sind unerwünschte Gitterkeulen zusammen mit der erforderlichen Hauptkeule vorhanden. Daher könnte die Direktivität des Spitzenwerts niedriger sein als vorgesehen. Die Energie in der Gitterkeule kann in den Konstruktionsanforderungen der Hauptkeulen kompensiert werden. Anwender können die Anregungsverteilung als gleichmäßige Anregung [Gleichförmig], gleichförmige Nebenkeulenebene [Dolph-Chebyshev] und erste gleichmäßige Nebenkeulen [Villeneuve] auswählen. Anschließend können ggf. die Ebene der Nebenkeule und die Anzahl der Nebenkeulen angegeben werden.

Querstrahler Null mit Richtwirkung und Taper

Dieser Synthesealgorithmus entwirft eine lineare Anordnung mit einem Querstrahler-Null-Wert mit einer festgelegten Richtwirkung auf beiden Seiten der Null- und des Anregungs-Taper. Die Spezifikation der Anregungsverteilung ermöglicht die Steuerung der Nebenkeulen. Antenna Magus kann dieses Array mit Elementen entwerfen, die entlang einer der drei Hauptachsen angeordnet sind. Das resultierende Strahlungsdiagramm ist rotationssymmetrisch um die ausgewählte Achse und der Nullwert befindet sich in der Ebene, die normal zu dieser Achse ist.

Der Abstand zwischen den Elementen, der durch diesen Algorithmus bestimmt wird, beträgt immer 0,5 λ. Anwender können die Anregungsverteilung als gleichmäßige Anregung [Gleichförmig] und die nahe einlaufenden Nebenkeulen auf quasi-einheitlicher, festgelegter Ebene [Bayliss] auswählen. Die Ebene des Nebenkeulen und die Anzahl der Nebenkeulen können bei Verwendung des Bayliss-Abnahme eingestellt werden.

Direkte Angabe des Layouts

Dieser Algorithmus ermöglicht die direkte Spezifikation des Arrays und seiner Anregung. Antenna Magus nimmt keine Anpassungen am Array-Layout vor, um bestimmte elektrische Ziele zu erreichen. Daher können Anwender eigene benutzerdefinierte Array-Layouts unter Verwendung der Array-Routinen in Antenna Magus auswerten.

Die Array-Ausrichtung, der Abstand zwischen den Elementen, die Abstandsmethode und die Anregungsabnahme können angegeben werden. Anwender können die Anregungsverteilung als gleichmäßige Anregung [Gleichförmig], gleichförmige Nebenkeulenebene [Dolph-Chebyshev] und erste gleichmäßige Nebenkeulen [Villeneuve] auswählen. Anschließend können ggf. die Ebene der Nebenkeule und die Anzahl der Nebenkeulen angegeben werden.

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