matlab绘制口径天线的方向图

在 MATLAB 中绘制天线辐射方向图（Antenna Radiation Pattern）通常涉及对天线的方向性函数进行建模，并使用极坐标图或三维球面坐标图来可视化其辐射特性。以下是一个完整的流程和示例代码，帮助实现这一目标。 ### 天线方向图的基本原理 天线的辐射方向图描述了其在不同方向上的辐射强度分布。对于偶极子天线（dipole antenna），其方向性函数可以表示为： $$ E(\theta, \phi) = \frac{\cos\left(\frac{\pi}{2} \cos\theta\right)}{\sin\theta} $$ 其中： - $ \theta $ 是极角（从 z 轴测量的角度） - $ \phi $ 是方位角（从 x-y 平面测量的角度） 由于偶极子天线在 φ 方向上是全向的，因此通常只关注 $ \theta $ 的变化。 ### 使用 MATLAB 绘制 3D 辐射方向图 以下是一个完整的 MATLAB 示例代码，用于绘制偶极子天线的 3D 辐射方向图： ```matlab % 定义角度范围 theta = linspace(0, pi, 100); % 极角 theta phi = linspace(0, 2*pi, 100); % 方位角 phi % 创建网格 [Theta, Phi] = meshgrid(theta, phi); % 计算辐射强度（偶极子天线方向性函数） E = abs(cos(pi/2 * cos(Theta)) ./ sin(Theta)); % 将无穷大值替换为零（避免除以零） E(isinf(E)) = 0; % 转换为笛卡尔坐标 X = E .* sin(Theta) .* cos(Phi); Y = E .* sin(Theta) .* sin(Phi); Z = E .* cos(Theta); % 绘制3D方向图 figure; surf(X, Y, Z, 'EdgeColor', 'none'); colormap jet; colorbar; title('3D Antenna Radiation Pattern (Dipole)'); xlabel('X'); ylabel('Y'); zlabel('Z'); axis equal; view(3); camlight; lighting gouraud; ``` ### 使用 MATLAB 绘制 2D 极坐标方向图（Azimuth 或 Elevation 切片） 如果只需要查看某个固定极角下的方位图（如 φ 平面）或固定方位角下的极角图（如 θ 平面），可使用以下代码： ```matlab % 固定 theta=pi/2（水平面） theta_slice = pi/2; E_phi = abs(cos(pi/2 * cos(theta_slice)) ./ sin(theta_slice)); E_phi = repmat(E_phi, 1, length(phi)); % 扩展为与 phi 同长度 figure; polarplot(phi, E_phi); title('Azimuth Radiation Pattern at \theta = \pi/2'); % 固定 phi=0（垂直平面） phi_slice = 0; E_theta = abs(cos(pi/2 * cos(theta)) ./ sin(theta)); E_theta = repmat(E_theta', 1, length(theta)); figure; polarplot(theta, E_theta); title('Elevation Radiation Pattern at \phi = 0'); ``` ### 分析与扩展 - 上述代码基于理想偶极子模型，实际仿真中可能需要结合 FDTD 方法获取场数据并进行后处理 [^2]。 - 如果已有远场数据（例如来自仿真软件的输出），可将数据导入 MATLAB 并使用 `surf` 或 `polarplot` 函数绘图。 - 可通过 `antennaToolbox` 提供的内置函数简化天线建模与方向图生成过程。 ---