（Antenna Radiation Pattern）。
1. 什么是天线方向图？
它是用来描述天线在空间各个方向上发射或接收电磁波能力的图形。简单来说，它告诉我们这个雷达/天线主要往哪个方向“看”，以及它的“视力”范围形状是怎样的。
2. 核心组成部分
专业的雷达天线图通常包含以下几个关键部分（形似花瓣）：
主瓣 (Main Lobe)：能量最集中的区域，也是雷达主要探测或通信的方向。主瓣越窄，方向性越好，探测越精准。
旁瓣/副瓣 (Side Lobes)：主瓣旁边的小波瓣。这是不需要的能量泄漏，旁瓣过大容易造成干扰或被敌方侦测，通常设计时要尽量压低。
后瓣 (Back Lobe)：指向天线后方的辐射瓣，通常也是希望消除的。
零点 (Nulls)：辐射极弱甚至为零的方向，用于隔离干扰信号。
代码部分
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib import os def configure_chinese_font(): """ 配置Matplotlib的中文字体，尝试适配不同操作系统。 """ # 常见的中文字体列表 (Windows, Linux, macOS) font_candidates = [ 'SimHei', # Windows 黑体 'Microsoft YaHei', # Windows 微软雅黑 'Heiti TC', # macOS 黑体 'WenQuanYi Micro Hei', # Linux 文泉驿 'SimSun', # 宋体 'Arial Unicode MS' # 通用后备 ] # 找到第一个系统中存在的字体 found_font = None for font in font_candidates: try: # 尝试通过名字获取字体路径来验证字体是否存在 matplotlib.font_manager.findfont(font, fallback_to_default=False) found_font = font break except: continue if found_font: print(f"检测到可用中文字体: {found_font}") plt.rcParams['font.sans-serif'] = [found_font] plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决负号'-'显示为方块的问题 else: print("未检测到常用中文字体，将使用默认字体（中文可能无法显示）。") # 这种情况下通常建议手动安装 SimHei.ttf def generate_antenna_pattern(): # 1. 设置数据 # theta: 角度范围，从 -pi 到 pi theta = np.linspace(-np.pi, np.pi, 1000) # 模拟一个 8 阵元的均匀线性阵列 (ULA) N = 8 # 阵元数量 d_lambda = 0.5 # 阵元间距（波长的一半） # 相位差 psi psi = 2 * np.pi * d_lambda * np.sin(theta) # 阵列因子 (Array Factor) 公式，并进行归一化 # 使用 np.errstate 忽略除以 0 的警告 with np.errstate(divide='ignore', invalid='ignore'): gain = np.abs(np.sin(N * psi / 2) / (N * np.sin(psi / 2))) # 修正 NaN 值 gain = np.nan_to_num(gain, nan=1.0) # 2. 创建极坐标图 # 稍微增加一点画布高度 plt.figure(figsize=(10, 9), dpi=150) ax = plt.subplot(111, projection='polar') # 3. 绘制图形 ax.plot(theta, gain, color='red', linewidth=2, label='辐射强度 (归一化)') # 4. 美化图表 ax.set_theta_zero_location('N') ax.set_theta_direction(-1) ax.fill(theta, gain, color='red', alpha=0.1) # 移除极径轴的刻度标签(0.2, 0.4等)，让图更清爽 ax.set_yticklabels([]) # 5. 添加标注 (Annotation) # 标注主瓣 (Main Lobe) - 调整了 xytext，稍微往下移了一点 (1.3 -> 1.2) ax.annotate('主瓣 (Main Lobe)\n能量最集中，用于探测', xy=(0, 1.0), xytext=(0, 1.2), # 位置下调，防止超出边界 arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05), horizontalalignment='center', fontsize=12, color='blue') # 标注旁瓣 (Side Lobe) side_lobe_angle = np.arcsin(1.5 / (N * d_lambda)) ax.annotate('旁瓣 (Side Lobe)\n能量泄漏，易受干扰', xy=(side_lobe_angle, 0.25), xytext=(side_lobe_angle + 0.3, 0.6), arrowprops=dict(facecolor='green', shrink=0.05), fontsize=10, color='green') # 标注零点 (Null) null_angle = np.arcsin(1.0 / (N * d_lambda)) ax.annotate('零点 (Null)\n无辐射区域', xy=(null_angle, 0.0), xytext=(null_angle + 0.2, 0.3), arrowprops=dict(facecolor='gray', arrowstyle='->'), fontsize=10, color='gray') # 设置标题，稍微减小 padding plt.title(f'雷达天线辐射方向图 (Antenna Pattern)\nN={N} 阵元均匀阵列模拟', va='bottom', fontsize=14, pad=15) # 6. 保存到本地 save_path = 'radar_antenna_pattern.png' # 关键：使用 tight_layout 自动调整布局，确保内容不被裁剪 plt.tight_layout() # 保持 bbox_inches='tight' 作为双重保险 plt.savefig(save_path, bbox_inches='tight') print(f"图像已成功生成并保存为: {os.path.abspath(save_path)}") # 显示图形 plt.show() if __name__ == "__main__": configure_chinese_font() generate_antenna_pattern()
