地网对垂直偶极子天线辐射特性的影响.
第19卷第6期No.6海军工程大学学报Vol.192007年12月Dec.2007JOURNALOFNAVALUNIVERSITYOFENGINEERING
文章编号:1009-3486(2007)06-0099-04
地网对垂直偶极子天线辐射特性的影响
李润贵,郑龙根
(海军工程大学电子工程学院,武汉430033)
摘要:研究地网对垂直偶极子天线辐射特性的影响。建立了该天线的仿真模型,采用基于矩量法的仿真软件计算了铺设地网后垂直偶极子天线增益、输入阻抗、最大辐射仰角、3dB波瓣宽度等辐射特性。结果表明,地网中心偏离天线振子正下方0.75λ时能显著提高天线的增益,改变地网大小和铺设密度也能在一定程度上提高天线的增益。
关键词:偶极子天线;矩量法;地网
中图分类号:TN82文献标志码:A InfluenceofgroundscreenonLIRun2gui,ZHENG(CollegeofElectronicEngineering,43003 3,China)
Abstract:Theinfluenceofgroonwasstudied.Themodelofthean2tennawasestablished,theoft heantennasuchasgain,impedance,eleva2tionangleoft,dBwidth,werecalculatedbymeansof antennasimulationsoft2warebasedofmethods(MOM).Theresultsindicatethatwhenthegrou ndscreenisput0.75wave2hsawayfromthedipole,thegainoftheantennawillincreasesignifica ntly.In2creasingthesizeandthedensityofthegroundscreencanalsoimprovethegainoftheante nnaonacertainextent.
Keywords:dipoleantenna;momentofmethod;groundscreen
在短波波段,垂直对数周期天线[1]是一种增益较高、结构较简单的非频变天线,在通信、通信对抗等方面有着广泛应用。垂直对数周期天线的辐射单元有单极和偶极两种形式。对地面上的单极天线来说,振子高度较低,但地面是单极天线的一个组成部分,天线正下方必须铺设地网以减小地的损耗;而对地面上的垂直偶极天线[2,3]来说,天线高度较高,架设难度较大,但地面的影响相对单极天线要小得多,其正下方一般不需要铺设地网。文献[4]指出在垂直对数周期偶极天线前一定区域铺设地网,可以提高天线低仰角方向的增益,但未给出定量的数据结果。本文将研究地
网对垂直偶极子天线辐射特性的影响,为短波垂直对数周期偶极子天线的设计提供依据。
1天线模型
铺设地网后的垂直偶极子天线如图1所示,天线振子位于z轴上,xOy平面为地平面,a为天线振子半径,L是天线振子全长,H为偶极天线振子底部距离地面的高度,O′是地网中心,OO′为天线振子
3收稿日期:2007206225;修回日期:2007208230。
作者简介:李润贵(19792),男,助理工程师,硕士生。
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第19卷海军工程大学学报
正下方与地网中心的距离。NEC2[5]软件是采用分域基函数的矩
量法[6]计算软件,其计算程序中自带一种以坐标原点为中心向四周呈辐射状的径
向地网,该地网中心固定在坐标原点不能随意移动,形状不能改变,且对地面不能采用Sommerfeld法进行处理,使用非常受限。本文模型中的地网用金属导线铺设成方形,地网悬浮在地面上,高度不超过0.001λ,此种处理方法能有效代替浅埋地网[5,7]。在用NEC2对此天线模型进行仿真计算时,将天线振子与地网视为一个整体,地网导线参与分段进行计算。
2计算结果及分析
图1垂直偶极子天线与地网
λ以某型垂直偶极子天线为例,天线工作在9.678MHz,振子全长L=15m≈/2(λ为自由空间波
λ,振子分为37段即Δl1=0.0135λ,地面为长),半径a=3.33×10-5λ,振子底部距地面高度H=0.01
σ=0.01。有耗地面,采用Sommerfeld法进行处理,εr=15,2.1考虑地网导线分段长度对计算结果的影响
地网由42根长λ、半径3.33×10-5λOO′=0(见图1),改变地网分段长度Δl,结果如表1表1地网导线分
段长度ΔlΔl=0.05λΔl=0Δl=0.7Δl=0.0125Δl=0.01λΔl=0.0083λ
85850.850.850.850.85
)/(°
18/191918/1918/1918/1918/19
输入阻
抗/Ω
105.80+j×0.97105.82+j×0.99108.85+j×1.00105.86+j×1.02105.88+j×1.03105.90+j×1.0 5
E面3dB波瓣
)宽度/(°
323232323232
从表1可以看出,地网导线分段长度对天线辐射特性计算结果影响甚微,考虑运算量的问题,在后
λ。面的运算中,对地网分段长度均取Δl=0.052.2地网铺设位置对天线辐射特性的影响
λ、λ,地网用42根长度为1半径为3.33×10-5λ的细导线铺设正方形,地网导线分段长度Δl=0.05
(见图1),其结果如表2所示。改变地网的位置即O′
表2地网不同位置时天线的辐射特性
地网中心与振子的
水平距离OO′
00.25λ
最大增益/dBi
0.851.211.341.451.230.89
最大辐射值
)仰角/(°
18/1918/1918/1918/1918/1918
输入阻
抗/Ω
105.80+j×0.97100.72+j×2.42101.47+j×1.6597.75-j×0.0497.79+j×1.2697.85+j×1.06 E面3dB波瓣
)宽度/(°
323131303028
λ0.5
0.75λ
λ1λ1.5
从表2知,当地网铺设位置发生变化时,天线增益最大值变化比较明显,天线振子与地网之间距离
有一最佳值,天线增益随着地网位置远离振子而增大,到距离振子正下方0.75λ时增益达到最大,当距离继续增大时,天线增益下降;而天线的最大辐射值仰角、E面
3dB波瓣宽度随地网位置的变化很小。
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李润贵等:地网对垂直偶极子天线辐射特性的影响?101?
2.3地网大小对辐射特性的影响
地网中心距离天线振子正下方OO′=0.75λ,地网铺设成正方形,地网导线半径
3.33×10-5λ,地网大小变化,其结果如表3所示。
表3地网不同面积时天线辐射特性
地网大
小/m2λ×λ11λ×1.51.5λλ×λ22λ×2.52.5λλ×λ33
最大增
益/dBi
1.45
2.122.232.492.57
最大辐射值
)仰角/(°
18/1918/1918/1918/1917/18
输入阻
抗/Ω
97.75-j×0.0498.13+j×2.6599.02+j×3.54100.70+j×2.2199.50+j×3.28
E面3dB波瓣
)宽度/(°
3030282828
λ×λ(m2)时,天线增益从表3可知,天线增益随着地网面积的增大而增大,当地网面积小于1.51.5
λ×λ(m2)天线增益随着地网面积的增大而略微增大。增大较明显,当地网面积大于1.51.52.4地网铺设密度对天线辐射特性的影响
振子正下方与地网中心距离OO′=0.75个波长,地网轮廓为正方形,,此处仍
λ×λ(m2)地网,由长度为λ、采用11半径3.33×10-5λ的导线铺设而成,,M表示地网所用导线数量,结果如表4所示。
表4地网导线数
量M/根
4262122
最大增益/dBi
11.6477
/(1919/20
抗/Ω
97.75-j×0.0497.93-j×0.4198.40-j×0.70
E面3dB波瓣
)宽度/(°
303132
由表4,、最大辐射值仰角、3dB波瓣宽度影响不大,增
,当M=122时,增益相对M=42增大了0.32dB(约22.07%),相对M=62时增益增大了0.13dB(约7.93%)。
综合上面计算结果,地网对天线辐射特性的影响主要体现在增益上,地网的大小、相对于辐射体的位置以及地网导线的铺设密度都在一定程度影响天线的增益。地网的铺设实质上改善了地面电导率,降低了地的损耗。当地网偏离振子正下方铺设时,地网对天线周围的地面改善状况是不一样的,在铺设地网的方向,地面反射能力得到加强,增益有所增加;地网偏离振子正下方过远时,地网铺设的区域离天线振子有一定的距离,电波到达此区域进行反射时的入射角非常小,而在有限电导率地面上,电波入射角非常小时地面反射系数近似为-1[8],即在非理想地面上,电波入射角非常小的反射区域的地面损耗始终非常大,所以地网偏离振子正下方过远对增益没有明显的改善。当地网面积增大时,地面反射能力得到加强的区域进一步增大,因此增益增大;地网面积继续增大时,地网的一部分已铺设在电波入射角非常小的反射区域,由上面结论知改善电波入射角非常小的反射区域的地面反射能力对天线增益没有明显改善,因此地网面积继续增大时天线增益没有继续显著增大。当地网导线铺设密度增大时,地网对地面的改善程度相对于铺设密度小时得到加强,因而对天线增益有一定的提高。在实际工程中,可以根据地形与造价合理设计地网。
λ三种下面给出近地垂直偶极子天线不铺地网、地网在偶极天线正下方和地网偏置偶极天线0.75λ情况下的各项特性指标(见表5)及方向图(见图2、3),工作频率9.678MHz,振子全长15m≈/2,底λ,半径3.33×λ×λ(m2),由102根长度2.5λ、部距地面0.0110-5λ,地网大小为2.52.5半径3.33×10-5
λ的导线铺设成正方形。
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第19卷海军工程大学学报表5无地网与铺设地网时天线辐射特性
最大增
益/dBi
最大辐射值
)仰角/(°
181818/19
输入阻
抗/Ω
97.81+j×0.9797.87+j×2.39100.70+j×2.21
E面3dB波瓣
)宽度/(°
无地网
地网位于偶极天线正下方
λ地网中心距离偶极天线0.75
0.161.462.49
292928
图2、3中实线表示没有铺设地网的辐射方向图,λ,图,点划线表示地网中心在偏离天线振子正下方0.75
网在振子正下方时方向图都是全方向性的,。只要铺
设地网,无论是铺设在振子的正下方,。相同的地网面积,地网偏置铺设可得到更高的增益(1,。也可以减小
λ,3),来获得与非偏置铺设相同的增益。偏置铺设时的地网面积(3结当偶极子天线垂直地面架设时,铺设地网能有效地降低大地的损耗。本文应用矩量法对一般土壤
上方垂直架设的偶极子天线铺设地网后的辐射特性进行了计算。适当调整地网的位置与大小以及铺设导线的数量,能有效的提高天线增益,而对最大辐射值仰角和3dB波瓣宽度影响不大,这对短波垂直对数周期偶极天线地网的设计具有一定的指导意义。参考文献:
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宽带印刷偶极子天线设计
宽带印刷偶极子天线设计 何庆强何海丹 (中国西南电子技术研究所，成都610036) 摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。 关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带 Design of a Broadband Printed Dipole Antenna He Qingqiang He Haidan (Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036) Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports. Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband 1 引言 印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析 计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。 在这篇文章里，我们基于等效电路模型进行分析，计算出了偶极子天线的物理参数尺寸。采用该方法进行设计，可一次成功，无须参数优化，所得天线的带宽可达54.15%，优于文献[1-5]给出的设计结果。2 等效电路模型分析与设计 图1给出了偶极子天线的几何结构及其参数。图中实线部分为天线结构示意图，该天线印刷在厚度为h，介电常数为 r ε的介质板上。印刷振子辐射臂长为L t，宽为L w；振子的下底长为L H，宽为L d。在振子的中间，刻有一纵向长槽，长为L ab，宽为S w。该天线采用标准的50欧SMA馈电。
偶极子天线辐射
偶极子天线的辐射 一、偶极子天线（元天线） 1、结构：长为Δl的载流导线，中心馈电 ⑴本质上是一个LC振荡电路，振荡频率： ， ⑵为了有效地辐射能量：f↑，L、C↓图9－2－1 ⑶闭合电路→开放电路→振荡偶极子点击看图 2、电特性 ⑴Δl＜＜λ，Δl上各点的电流（包括相位） 可以看作是相等的， ⑵Δl＜＜r，Δl上各点到P点的距离，可以看作是相等的 3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。 二、偶极子天线的辐射 1、辐射场表达式 ⑴设偶极子天线上的电流为，在空间产生的矢量位（达朗贝尔方程的解）
在球坐标系中，如图9－2－1 ⑵由 ⑶由
2、讨论 ⑴若kr1＜＜（k＜＜1/r，r＜＜λ/2π＝，天线近区 ④～⑥式中， ⑨、⑩式是电偶极子产生的电场，p25(2.4.7)式。 电流元产生的磁场 与⑧比较，所以⑧式是电流元产生的磁场。 ∴①近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的，与恒定磁场分布相似，近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的，与静电场分布相似。
② E与H相位相差π／2 ③ 主要是由于在(4)～(6)→(8)～(10)的过程中，略去了一些小项，实际上 是能量交换（电场～磁场）＞＞传输的能量。 ⑵若kr＞＞1（k＞＞1/r，r＞＞λ/2π），天线远区由(4)～(7)式 ①场强 ⅰ）只有, 分量，TEM波。 ⅱ）E、H同频率，同相位。 ⅲ）r相等的各点相位相等――球面波。 ②波阻抗 自由空间η＝120π≈＝377Ω。 ③
3、辐射特性（远区） ⑴辐射方向性 由远区场强表达式（11）、（12） 表明辐射具有一定的方向性：在天线所在的平面内，∝sinθ,θ＝0，场强为0； θ＝π／2，场强最大； 在垂直于天线的平面内无方向性。 ①方向图函数 ⅰ）定义： ⅱ）偶极子天线，由（12）式 f（θ）＝sinθ (15) ②方向图： ⅰ）定义：按方向图函数f（θ,φ）绘出的图形称为方向图。 ⅱ）偶极子天线的方向图。 (a)三维方向图（点击链接）
天线辐射的方向特性
实验题目：天线辐射的方向特性 实验目的：理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识，测定右手螺旋天 线的方向特性。 实验原理：任何实用天线的辐射都具有方向性。通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示 出来，称为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F （θ，φ）|。天线的立体方向图一般难以画出，通常只画出E 面和H 面的方向图。 天线的方向图及其相关参数： 将方向图函数F （θ，φ）进行归一化后所绘制的方向图称为归一化方向图。 1）主瓣宽度 当天线E 面和H 面具有多瓣形状时，通常将天线最 大辐射方向所在的波瓣称为主瓣。如图中2θ0.5称为主瓣宽度。 2）副瓣电平 估计天线副瓣的强弱，一般用副瓣电平表示 3）前后比 天线最大辐射方向电平与其反方向电平之比。 4）方向性系数 天线在远场区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度与平均辐射功率相同的无方向性天 线在同一点的平均辐射功率密度之比： ?? = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 如果方向图与θ无关，那么有 ? = π θ θθπ 2 sin )(4d F D 效率： 天线的辐射功率P r 与输入功率P in 之比。 增益系数： 天线在远场最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均功率相同的无方向性天线在同一点的 平均功率密度之比，记为G 。 等效高度： 在保持实际天线最大辐射方向上场强值不变条件下，假设天线上电流为均匀分布时无线的等效 高度。 实验内容：1、检查仪器，确保程序和机器的正常工作，调整接收天线和被测天线，使两者在初始状态时 在同一直线上； 2、启动程序和工作仪器，计算机将自动绘制方向图（平面）； 3、进行归一化处理； 4、根据作出的图象读出相关读数，并计算天线的相关参数。
天线辐射的方向特性
天线辐射的方向特性 一实验目的 1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有 一定的认识。 2、测定右手螺旋天线的方向特性。 二实验仪器 ①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右手螺旋天线；⑤波导式天线；⑥计算机及测试软件。 三实验原理 辐射方向图： 任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图； 方向图函数： 将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。 为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像
汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即与磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。 (a) 立体方向图；(b) E面方向图；(c) H 面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。 而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
天线原理与设计华中科技大学 半波偶极子天线的HFSS仿真设计 一、实验目的 1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法； 2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法； 3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图 特性等； 4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法； 二、实验仪器 1、装有windows系统的PC一台 2、HFSS13.0软件 3、截图软件 三、实验原理 1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 图1 对称振子对称结构及坐标 2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心点对称；超过半波长就会出现反相电流。 4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。
图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为 其中 5、方向函数 四、实验步骤 1、设计变量 设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。 提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化 2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。 其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。 3、设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。 4、设置辐射边界条件 要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置 分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。
偶极子天线特征研究
微波偶集极子 ——偶极子天线特性研究 原理 能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。这里我们通过实验来研究天线的指向性。 天线的形式 1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。其半径为a ，线长为l 。这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。 2a 忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为： θ θβθβθsin )() cos()cos cos()(max f l l f ?= 式中β是相位因子β=2π/λ。下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。 0.20.40.60.81.00 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.00.20.40.60.81.0 图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.50 0.751.000 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.000.25 0.500.751.00 图 2 l/λ=0.5时的方向函数 0.00 0.250.50 0.751.000 30 60 90 120150 180210240 270 300 330 0.250.50 0.751.00 图 4 l/λ=1时的方向函数 0.25 0.500.75 1.000 30 60 90 120 150180 210 240 270 300 330 0.000.25 0.500.751.00 图 3 l/λ=0.75时的方向函数
11天线辐射的方向特性
实验报告：天线辐射的方向特性 一、实验题目： 天线辐射的方向特性 二、实验目的： 1 理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识。 2 测定右手螺旋天线的方向特性。 三、实验仪器: 旋转天线盘、喇叭形天线、微波吸收器、右手螺旋天线、波导式天线、计算机及测试软件。 四、实验原理： 任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅和方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量和角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它和|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度和场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H 面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即和磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。
(a) 立体方向图； (b) E面方向图； (c) H面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E 面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没有一种天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射的方向性可以更好的了解天线特性。 天线的方向图及其有关参数 任何实用天线的远区辐射场都是随空间的位置而变化的，因此在球坐标系中（见图2所示）天线至场点距离r处的远区辐射场量只是角度θ，φ的函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数关于最大值Fmax(θ,φ)进行归一化的函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /Fmax(θ, φ)。按归一化方向图函数绘制的方向图称为天线的归一化方向图。显然，图3中示出的电流元E面和H面方向图也是归一化的方向图（因为其最大辐射方向上的最大值为1）。
天线辐射
天线特性测量实验 一、偶极子天线特性实验 【实验目的】 1、理解半波偶极子天线的基本功能 2、测量半波偶极子天线E面的辐射模式 3、测量半波偶极子天线H面的辐射模式 【实验原理】 图1所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。在图a中，总长度是半个波长，b中，电流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为0。半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为70+j0Ω。半波偶极子天线的辐射电阻为70Ω与输入阻抗中的电抗大小一样。通过调整天线的长度可以使输入阻抗变成纯电阻。下面的公式将解释长度为λ/2的一个半波偶极子天线的电流。电流流过Z轴，电流的分布由下面的公式（1）进行计算。在方程（1）中，馈点的电流大小为10，端点的大小为0。 电流引起的辐射电场由以下公式进行计算
波函数从公式2到下面的公式3中 功率的计算公式如下 根据公式4可绘出下面的2辐射图。电流从南边流向北，沿着着Z轴的正方向。在这个图中，最大辐射发生在θ=±90°的方向上，而在θ=0°,180°的方向上没有辐射。 在试验中使用的半波偶极子天线为914.5125MHz和2.45GHz，其波长大小如下 频率：914.5125GHz 波长:λ=c/f=3×108/9.15×109=328.04mm 半波长:λ/2=164.02mm 频率：2.45GHz
波长:λ=c/f=3×108/2.45×109=122.45mm 半波长:λ/2=61.22mm 为了将天线的输入阻抗中电抗部分去掉，根据公式，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可。这个比率称为天线的缩短比例，根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示： 在这个公式中，λ0代表在开阔场地的波长大小，λeff 代表有效波长。这个实验中使用的半波偶极子天线就是印刷在一个绝缘板上的。 图3所示的是对测量的辐射面的定义。这里方便地命名为E面和H面是为了更好的理解，实际的辐射面则在笛卡尔坐标系中定义。 图a在笛卡尔坐标系中的定义，粗的黑线画出的偶极子天线。图b所示的是当φ=00、θ从00到1800旋转时，在xz面测得的正面辐射图。测量结果显示在θ=900时辐射最大，在θ=00或θ=1800时辐射最小。图C显示在xz面上当角固定在θ=900、φ角从00旋转到3600时辐射模式的测量结果。测量结果显示当φ角为任意角时的全方向性特性。 【实验仪器】 微波天线实验系统：主机分别连接发射天线、接收天线和电脑。主机采用微控制器通过电脑采用步进电机控制接收天线的转动，同时采集接收天线的数据，从而绘制和分析天线辐射图、测量各种天线的特性、研究和设计天线、研究移动通信传输特性、移动通信传输环境影响研究等内容。 【实验步骤】 一、E面辐射的测量 1、分别在发射天线支架的一边和接收天线支架的顶端放置天线，保持发射天线和接收天线
天线基础知识介绍
天线基础知识介绍 2014-12-28DSRC专用短程通信技术 1.1 什么是天线？ 空间的无线电波信号通过天线传送到电路；电路里的交流电流信号最终通过天线传送到空间中去。因此，天线是空间无线电波信号和电路里的交流电流信号的一种转换装置，如图1所示。 图1 空间电波与电路电流通过天线转换的示意图 1.2 天线有哪些基本参数？ 天线既然是空间无线电波信号和电路中的交流电流信号的转换装置，必然一端和电路中的交流电流信号接触，一端和自由空间中的无线电波信号接触。因此，天线的基本参数可分两部分，一部分描述天线在电路中的特性（即阻抗特性）；一部分描述天线与自由空间中电波的关系（即辐射特性）；另外从实际应用方面出发引入了带宽这一参数。 描述天线阻抗特性的主要参数：输入阻抗。 描述天线辐射特性的主要参数：方向图、增益、极化、效率。 除了带宽之外，后文将对每个参数进行介绍。 图2 天线的一些基本参数
1.3 输入阻抗 天线输入阻抗的意义在于天线和电路的匹配方面。 当天线和电路完全匹配时，电路里的电流全部送到天线部分，没有电流在连接处被反射回去。完全匹配状态是一种理想状态，现实中，不太可能做到理想的完全匹配，只有使反射回电路的电流尽可能小，当反射电流小到我们要求的程度的时候，就认为天线和电路匹配了。 通常，电路的输出阻抗都设计成50Ω或者75Ω，要使天线和电路连接时匹配，那么天线的输入阻抗应设计成和电路的输出阻抗相等。但通常天线的输入阻抗很难准确设计成等于电路的输出阻抗，因此在实际的天线和电路的连接处始终存在或多或少的反射电流，即一部分功率被反射回去，不能向前传输，如图3所示。 描述匹配的参数如表1所示。电压驻波比和回波损耗都是描述匹配的参数，只是表达的形式不同而已。 图3 电流在传输线不连续处产生反射的示意图 表1 描述匹配的一些参数 参数 对参数的一些描述 电压驻波比（VS WR ） 设输入电流大小为1，被反射回去的电流为Γ，那么电压驻 波比为： （1＋Γ）／（1－Γ） 电压驻波比只是个数值，没有单位。 Γ＝1/3，电压驻波比则为2；当电流被全部反射时，Γ＝1，电压驻波比为＋∞；当没有反射电流时，Γ＝0，电压驻波 比为1。 反射功率按Γ2计算，如反射电流是Γ＝1/3，那么反射功率 是Γ2＝1／9。
半波偶极子天线的HFSS
半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计 Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx 一、实验目的： 1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解； 2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作； 3.利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理； 4.通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。 二、实验步骤： 本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48λ，半径为λ/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4。 １、添加和定义设计变量 参考指导书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量： ２、设计建模 １）、创建偶极子天线模型 首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下：
然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。此时就创建出了偶极子的模型如下：
2）、设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为（0，-dip_radius，-gap/2），长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。如下： 然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.2?，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 ?。随后进行端口积分线的设置。此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。 3）、设置辐射边界条件 要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。这里，我们先创建一个沿着Z轴放置的圆
一些天线基本知识
一些天线基本知识 一、电磁波产生的基本原理? 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场，而变化的磁场又要产生变化的电场。这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。? 周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。? 电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播。? 当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。? 根据以上的理论，每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。有的导线用作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线用作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。于是就有了传输线和天线。无论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。? 对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，而不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采用适当的天线才行！研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。? 高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。? 二、天线? 在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经馈线传输到发射天线，通过天线将转换为某种极化的电磁波能量，并向所需方向出去。到达接收点后，接收天线将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量又转换为已调制的高频电流能量，经馈线输送到接收机输入端。? 综上所述，天线应有以下功能：? １．天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。? ２．天线应使电磁波尽可能集
半波偶极子天线的HFSS
半波偶极子天线的H F S S The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计 Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx 一、实验目的： 1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解； 2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作； 3.利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理； 4.通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。 二、实验步骤： 本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为λ，半径为λ/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为，辐射边界和天线的距离为λ/4。１、添加和定义设计变量 参考指导书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量： ２、设计建模 １）、创建偶极子天线模型
首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为 dip_length，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下： 然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。此时就创建出了偶极子的模型如下：
2）、设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为（0，-dip_radius，-gap/2），长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。如下：
天线阵列辐射方向图的研究
微波技术课程考核题目天线阵列辐射方向图的研究 系别物理与电子工程学院专业电子科学与技术班级07(4) 学号050207404 学生姓名牛涛 指导教师范瑜 日期2010-01-05
目录 一、基本概念 (2) 1.1方向图基本概念 (2) 1.2主瓣宽度 (3) 1.2.1主瓣宽度基本概念及特性 (5) 1.3旁瓣抑制 (5)
一、基本概念 1.1方向图基本概念 天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面。归一化方向图取最大值为一。在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，见图1：全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型；图2：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。 图1 全向天线波瓣示意图
图2 定向天线波瓣示意图 1.2主瓣宽度 为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。主要包括：零功率波瓣宽度、半功率点波瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数等。 1.零功率波瓣宽度，指主瓣两侧场强值为0的两个方向之间的夹角，用2表示。许多天线方向图的主瓣是关于最大辐射方向对称的，因此，只要确定零功率主瓣宽度的一半，再取其2倍即可求得零功率主瓣宽度,即2=2。 2. 半功率点波瓣宽度，指方向图主瓣两侧两个半功率点（即场强下降到最大值下降到0.707（或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点）之间的夹角，又称为3dB波束宽度或主瓣宽度，记为。对方向
matlab结题报告(电偶极子的辐射场)
matlab结题报告(电偶极子的辐射场)
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电偶极子的辐射场 背景与意义： 对于一个带电体来说，如果正负电荷呈电偶分布，正、负电荷的重心不重合，那么讨论这种带电体的电场时，可以把它模拟成两个相距很近的等量异号的点电荷+q 和?q ，这样的带电系统称为电偶极子。实际生活中电偶极子的例子随处可见，例如，在研究电解质极化时，采用重心模型描述后电解质分子可等效为电偶极子；在电磁波的发射和吸收中电子做周期性运动形成振荡电偶极子；生物体所有的功能和活动都以生物电的形式涉及到电偶极子的电场等，当天线长度l 远小于波长时，它的辐射就是电偶极辐射。因此，研究电偶极子在空间激发的电场问题具有重要意义。我们主要讨论宏观电荷系统在其线度远小于波长情形下的辐射问题。 基本内容介绍： 1. 计算辐射场的一般公式 A B ??= (1) B k ic E ??= （2） 其中 (3) 若电流J 是一定频率的交变电流，有 (4) 代入（3）式得 ， （5） 式中 为波数。令 有 ')'(π4μ)(0dV r e x J x A V ikr ?= （6） 2. 失势的展开 在失势公式（6）中，存在三个线度：电荷分布区域的线度l ，它决定积分区 的大小；波长 以及电荷到场点的距离r 。我们研究分布于一个小区域的电流所产生的辐射。所谓小区域是指它的线度远小于波长 以及观察距离r ，即 λ< 邢台学院 实验报告 课程名称电磁波与天线技术 实验项目2 偶极子和单极子天线设计授课教师 专业班级 实验时间 学号 学生姓名 系部数学与信息技术学院2015～2016学年度第1学期 ●实验学时：4 ●实验目的及要求： 1、掌握偶极子和单极子天线的几个基本参数； 2、使用HFSS设计半波偶极子天线。 3、使用HFSS设计单极子天线。 ●实验环境： 1、Windows操作系统 2、PC连接到Internet 实验容及步骤： 1、新建设计工程。 2、添加和定义设计变量。 3、设计建模。 4、求解设置。 5、设计检查和运行仿真计算。 6、HFSS天线问题的数据后处理。 ●实验结果及体会： 1、建立工程 菜单Project->Insert HFSS Design 2、设置求解模式 菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 3、设置模型尺寸长度单位 菜单Modeler->Units->mm->OK 单位一般设置为毫米mm。 4、添加和定义设计变量。 5、设计建模 1）创建一个沿z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂2）通过沿着坐标轴复制，生成偶极子天线的另一个臂。 3)设置端口激励。 4)设置边界条件。 6、求解设置。 7、设计检查和运行仿真计算。 8、HFSS天线问题的数据后处理 1）S11扫频分析： 2）电压驻波比： 3）Smith圆图查看归一化输入阻抗： 4）输入阻抗： m1： m2： 5）方向图： 6）三维方向图： 体会：通过仿真软件对半波偶极子设计仿真，得到符合要求的半波偶极子天线。通过仿真得到了天线的回波损耗，电压驻波比，3D方向增益图等参数。 电偶极子的辐射场 背景与意义： 对于一个带电体来说，如果正负电荷呈电偶分布，正、负电荷的重心不重合，那么讨论这种带电体的电场时，可以把它模拟成两个相距很近的等量异号的点电荷+q 和?q ，这样的带电系统称为电偶极子。实际生活中电偶极子的例子随处可见，例如，在研究电解质极化时，采用重心模型描述后电解质分子可等效为电偶极子；在电磁波的发射和吸收中电子做周期性运动形成振荡电偶极子；生物体所有的功能和活动都以生物电的形式涉及到电偶极子的电场等，当天线长度l 远小于波长时，它的辐射就是电偶极辐射。因此，研究电偶极子在空间激发的电场问题具有重要意义。我们主要讨论宏观电荷系统在其线度远小于波长情形下的辐射问题。 基本内容介绍： 1. 计算辐射场的一般公式 A B ??=(1) B k ic E ??=（2） 其中 A (x , t)=μ04π J (x , ,t?r c )r V dV , (3) 若电流J 是一定频率的交变电流，有 J x , ,t =J (x , )e ?i ωt (4) 代入（3）式得 A x ,, t =μ04π J (x , )e i (kr ?ωt)r V dV ， （5） 式中k =ω/c 为波数。令 A x ,t =A (x )e ?i ωt 有 ')'(π4μ)(0 dV r e x J x A V ikr ?= （6） 2. 失势的展开 在失势公式（6）中，存在三个线度：电荷分布区域的线度l ，它决定积分区 x , 的大小；波长λ=2π/k 以及电荷到场点的距离r 。我们研究分布于一个小区域的电流所产生的辐射。所谓小区域是指它的线度远小于波长λ以及观察距离r ，即 λ< 天线的主要特性（一） 天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。 天线的方向性 通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即 天线方向性图 （3-4） 不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。 一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。 天线的主要性能指标 表征天线性能的主要参数有方向图，增益,输入阻抗，驻波比,极化，双极化天线的隔离度，及三阶交调等。 1、方向图 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧,功率强度下降到最大值的一半(场强下降到最大值的0.707倍,3dＢ衰耗)的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地,GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65o，在１20o 的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-1０ｄB。２、方向性参数 不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度,方向图的尖锐程度,我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性,在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相 同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E０2的比值称为该点的方向性参数Ｄ=E2/E02 3、天线增益 增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数,但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的,方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等,天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外，表征天线增益的参数有dBd和dＢi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的;dＢd相对于对称阵子天线的增益dBｉ=dBd+2．1５。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。 4、入阻输入阻抗 输抗是指天线在工作频段的高频阻抗,即馈电点的高频电压与高频电流的比值,可用矢量网络测试分析仪测量,其直流阻抗为0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗为５0Ω。 ５、驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致,会产生部分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形 泉州师范学院 毕业论文（设计） 题目 RFID偶极子天线设计与仿真 物理信息工程学院电子信息科学与技术专业 07 级1班学生姓名连劲松学号 070303044 指导教师余燕忠职称副教授 完成日期 2011年4月 教务处制 RFID偶极天线的设计和分析 物理信息工程学院电子信息科学与技术专业 070303044 连劲松 指导教师：余燕忠副教授 【摘要】：RFID偶极天线因其具有结构简单且效率高的优点，且可以设计成适用于全方向通讯的RFID 应用系统，已成为RFID标签天线应用最广泛的天线结构。本文基于Ansoft HFSS平台上，主要对RFID中常用的不同结构的偶极天线进行分析与设计，并且分析影响天线性能的因素，具有很强的实用性。 【关键词】：射频识别；偶极天线；RFID标签 目录 摘要 (1) 0.引言 (3) 1.RFID的发展状况 (3) 1.1发展历史 (3) 1.2国内外研究现状 (4) 2.RFID的理论基础 (4) 2.1RFID的工作原理 (4) 2.2RFID系统中的天线的作用 (5) 3.RFID系统中的天线类型 (5) 3.1线圈天线 (5) 3.2缝隙（微带贴片）天线 (7) 3.3偶极子天线 (7) 4. 本文任务要求 (8) 5.偶极子天线仿真设计与分析 (8) 5.1半波偶极子天线 (8) 5.2弯折偶极子天线 (11) 5.3折合偶极子天线 (15) 5.4变形偶极子天线 (17) 6.影响偶极子天线工作性能的因素 (19) 7.总结 (20) 7.1设计中出现的问题及处理 (20) 7.2设计感想 (20) 参考文献 (21) 致谢 (22) 1- 基准图 1.2 0 1.0000）0.8327.0.9724）0.4 （176.5.0.1965） 0.0 -20020 406080100120140160180200220240260280300320340360 2-手机干扰 1.2 0.1.0000） 0.8325.5.0.9531） absorb 0.4 （176.5.0.1730） 0.0 -20020406080100120140160180200220240260280300320340360 angle 3-穿过圆孔 1.2 （0.1.0000）（326.0.9410）0.8 absorb 0.4 （185.5.0.11580.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle 4-穿过纸缝 1.00.1.0000）（326.5.0.9906）absorb0.5 （175.0.2030） 0.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle 5-距离拉近一半 1.0（0.1.0000）（327.5.0.9612）absorb0.5 （153.5.0.09825） 0.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle 6-无吸收设施（原距离） 1.2 （-327.5.0.9816）（0.1.0000）0.8 absorb 0.4 （-179.5.0.2176） 0.0 -360-340-320-300-280-260-240-220-200-180 -160-140-120-100-80-60-40-20020 angle 26系 06级姓名：王海亮 NO：PB06013232 得分： 实验题目：天线辐射的方向特性 实验目的： 1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识。 2、测定右手螺旋天线的方向特性。 实验仪器： ①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右手螺旋天线；⑤计算机及测试软件。 实验原理: 天线辐射的方向性可由电磁波的接收敏感度来验证。实验中接受天线的基座由电机驱动，在绕轴线转动的同时接受由喇叭形天线发射的电磁波，计算机可以记录下在不同转角时测定的信号，并在极坐标中绘出相应图形。任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的 1 立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即与磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。 (a) 立体方向图； (b) E面方向图； (c) H面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E 面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没有一种天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射的方向性可以更好的了解天线特性。天线的方向图及其有关参数 任何实用天线的远区辐射场都是随空间的位置而变化的，因此在球坐 2 标系中（见图2所示）天线至场点距离r处的远区辐射场量只是角度θ，φ的函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数关于最大值Fmax(θ,φ)进行归一化的函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /Fmax(θ, φ)。按归一化方向图函数绘制的方向图称为天线的归一化方向图。显然，图3中示出的电流元E 面和H面方向图也是归一化的方向图（因为其最大辐射方向上的最大值为1）。半波偶极子实验报告
matlab结题报告(电偶极子的辐射场)
天线的主要特性
天线的主要性能指标
RFID偶极子天线设计与仿真
天线辐射的方向特性图.
实验八、天线辐射的方向特性概要