均匀圆阵列天线系统性能仿真

1、均匀圆阵列天线系统性能仿真1 引言与传统的平面相控阵相比， 均匀圆阵列天线具有许多独特的 优越性能 ; 而相对于二维平面阵，圆阵列形成的波束赋形虽不如 二维平面阵，但圆阵列所需要的天线单元少，数据量相应也少， 处理方法比较简单。 这些特征都使得圆阵列天线有着广阔的应用 前景。本文在对均匀圆阵列天线全面特性进行系统研究分析的基础上，使用MATLAB软件建立了模拟仿真平台，该平台能够对均 匀圆阵列天线各种参数及特性进行仿真分析。2 均匀圆阵列天线仿真系统整体架构均匀圆阵列天线模拟仿真系统采用模块化设计思想， 整体分 析过程条理清晰、简单明了，系统原理框图如图 1 所示。仿真系 统共分为五大模块：阵

2、列参数配置模块、系统性能分析模块、误 差影响分析模块、算法选择和波达角估计（ DOA模块、输出特 性分析模块。图 1：均匀圆阵列天线模拟仿真系统的原理框图系统利用MATLAB开发工具设计，在编程实现上，系统采用 友好的图形用户界面，能够方便、动态地修改系统的各种参数 ; 系统针对各个模块均编制了相应的模型库或算法库， 实现了较好 的封装 ; 同时，系统操作灵活、简单，便于修改维护和不断升级。3仿真系统各模块性能分析3.1 阵列配置模块 均匀圆阵列天线是由均匀分布在一个圆周上或多个同心圆 周上的天线单元构成。 在该仿真系统中， 首先需对天线的各种参 数进行设定，以形成指定类型及参数的均匀圆阵列天

3、线。需配置的参数包括天线振子特性、阵元数目和阵列半径等。3.2 系统性能分析模块 对于均匀圆阵列天线来说，当定义了天线的各种系统参数， 天线的系统性能指标就已经被决定。 系统性能指标分析包括： 天 线方向图，主瓣宽度，旁瓣电平，方向性系数，波束指向等，分 析目的是为了验证选择的天线是否满足试验和实际需求而进行。3.3 误差影响分析模块误差影响分析模块主要对各类误差， 包括随机误差的和可预 测误差， 对系统的影响进行模拟仿真分析， 这个过程是判定系统 稳定性是一个重要依据。其中，幅相误差，阵元位置误差，阵元 间的互耦三类误差对系统性能的影响作为分析的重点，同时， 在分析的过程中， 总结各类误差对

4、系统的影响， 并通过列表和图形 显示，综合判定并清晰预知所选圆阵列天线系统的稳定性。3.4算法选择和DOA古计模块在模拟仿真系统中， 可通过设定或默认由软件自身选择、 产 生接收信号， 此后， 即需要根据选定的信号选择适宜的算法对均 匀圆阵列天线进行DOA估计。3.5 输出特性分析模块 输出特性分析是对均匀圆阵列天线系统性能的直接评估， 同 时也是对所选算法性能的分析和验证。在输出特性分析的过程 中，分别给出方位角和俯仰角估计的方差和标准差， 以此来校验 均匀圆阵列天线系统和算法的整体性能。4 仿真实例均匀圆阵列天线的阵元数目 N=19; 半径 r=0.65 ， 为入射波 波长；最大模式数M=6选取半波振子天线作为阵元天线，天线 长度L=0.5。半波振子直径为d=0.002。采用波束域 MUSIC算 法处理得到的DOA古计如图2所示；信源（40?埃？ 00?埃牟u 锝枪兰票曜疾钊缤？所示。图2: UCA波束域DOA 图3: UCA波束域DOA古古计计的标准差5 结论均匀圆阵列天线模拟仿真系统利用 MATLA开发工具设计实 现，在这