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相控阵天线的孔径效应研究与仿真分析

摘要： 本文详细研究了相控阵天线的孔径效应，重点分析了权值与方向矢量频谱的匹配对波束指向准确性的影响。通过仿真实验发现，仅当权值所用频率与方向矢量频谱相匹配时，波束才能够正确指向目标方向。

关键参数设置： 假设波束指向角度为40度，权值设置的工作频率为500MHz，方向矢量所用频率分别为450MHz、500MHz和600MHz。

源代码与仿真过程： 该仿真基于电磁辐射理论，利用MATLAB平台进行计算。主要参数包括光速c=3e8 m/s，权值、方向矢量所用频率f=[450e6,500e6,600e6]，波长d=λ/2（λ=λ0/c，其中λ0为波长），阵元间距M=10，波束指向θ0=40度。

权值与方向矢量的计算公式： 权值W=exp(j2πfcndsin(θ0pi/180)/c) 方向矢量V=exp(j2πfpdsin(θq*pi/180)/c) 其中，n为阵元编号，θq为扫描角度。

仿真结果展示： 通过相控阵天线阵元阵列的频谱分析，得到各频率下的波束方向误差，其dB值随角度变化曲线。实验结果指出，只有当权值和方向矢量频率匹配时，波束才能准确指向目标方向，其他频率值的波束偏移较大。

仿真结果分析： 实验发现，只有当权值所用频率与方向矢量的频率完全匹配时，波束指向才会在预设角度下准确展开。这种匹配条件保证了波束形式的稳定性和方向性。

技术意义： 该研究对相控阵天线孔径效应的频谱特性进行了深入分析，为后续优化阵元设计提供了重要依据，有助于提高阵天线在实际应用中的指向精度和稳定性。

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