摘要
本文研究了基于圆形阵列的波束形成技术，并利用MATLAB对其进行仿真分析。圆形阵列波束形成在现代无线通信、雷达和声学等领域具有广泛的应用，能够有效提高信号的方向性和抗干扰能力。本文通过改变阵列半径及入射角，对波束图进行了仿真分析，验证了阵列参数对波束方向图的影响。
理论
波束形成是通过调整阵列天线中各单元的幅度和相位，来形成具有特定方向性的辐射或接收波束。圆形阵列相比线阵具有以下特点：
-
方向性强：圆形阵列在水平面上具有360°的方向性覆盖。
-
波束宽度可控：通过调整阵列半径和单元数量，波束宽度和主瓣增益可灵活调节。
数学模型
假设圆形阵列的半径为 𝑅，阵列包含 𝑁个均匀分布的天线单元。波束形成的方向图可表示为：
实验结果
1. 阵列半径对波束方向图的影响 通过调整阵列半径（0.8m、1.2m、1.8m、2.4m），波束方向图的主瓣宽度逐渐减小，方向性增强，如图所示。
2. 主瓣增益与旁瓣抑制 仿真结果表明，较大的阵列半径可显著提高主瓣增益，同时有效抑制旁瓣。
3. 方向图对比 当阵列半径从0.8m增大到2.4m时，主瓣宽度由约40°减小至约20°，波束更为集中。
部分代码
% 圆形阵列波束形成仿真
clc; clear; close all;% 参数设置
N = 16; % 阵列单元数
R_values = [0.8, 1.2, 1.8, 2.4]; % 不同阵列半径
theta = -100:0.1:100; % 观察角度
lambda = 0.3; % 波长
k = 2 * pi / lambda; % 波数% 绘制不同半径的方向图
for R = R_valuesAF = zeros(size(theta));for n = 1:Ntheta_n = (n-1) * 2 * pi / N; % 单元角度AF = AF + exp(1j * k * R * cosd(theta - rad2deg(theta_n)));endfigure;plot(theta, 20*log10(abs(AF)/max(abs(AF))));grid on;xlabel('方位角/°'); ylabel('归一化功率/dB');title(['R=', num2str(R), 'm场景的方向图']);ylim([-60 5]); % 设置dB范围
end
参考文献
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Van Trees, H. L. (2002). Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory. John Wiley & Sons.
Li, J., & Stoica, P. (2006). Robust adaptive beamforming. Wiley Encyclopedia of RF and Microwave Engineering, 23(6), 147-157.
Haupt, R. L. (2010). Antenna Arrays: A Computational Approach. John Wiley & Sons.
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）
