電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗(yàn)2012-8

1、Copyright By 杭州電子科技大學(xué)光纖通信網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室 2011 電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗(yàn) 仿真部分 Page 2 實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八 對(duì)稱(chēng)振子天線及天線陣簡(jiǎn)介對(duì)稱(chēng)振子天線及天線陣簡(jiǎn)介 Page 3 教學(xué)內(nèi)容安排教學(xué)內(nèi)容安排 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)要求與原理實(shí)驗(yàn)要求與原理 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 Page 4 1、了解對(duì)稱(chēng)振子天線基本概念 2、掌握對(duì)稱(chēng)振子天線建模 3、學(xué)會(huì)根據(jù)天線基本參數(shù)分析天線工作 特性 4、初步了解天線陣的概念及輻射特性 Page 5 1、對(duì)稱(chēng)振子天線、對(duì)稱(chēng)振子天線 對(duì)稱(chēng)振子的結(jié)構(gòu)如下圖所示,它由兩段同樣粗細(xì)和相等長(zhǎng)度由兩段同樣粗細(xì)和相等長(zhǎng)度

2、 的直導(dǎo)線構(gòu)成的直導(dǎo)線構(gòu)成,在中間兩個(gè)端點(diǎn)之間進(jìn)行饋電在中間兩個(gè)端點(diǎn)之間進(jìn)行饋電,且以中間饋電點(diǎn) 為中心而左右對(duì)稱(chēng)的。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以被廣泛用于無(wú)線電 通信,雷達(dá)等各種無(wú)線電設(shè)備中,也可作為電視接收機(jī)最簡(jiǎn)單的 天線設(shè)備。它既可作為最簡(jiǎn)單的天線使用,也可作為復(fù)雜天線陣 的單元或面天線的饋源。 Page 6 對(duì)稱(chēng)振子輻射場(chǎng)：對(duì)稱(chēng)振子輻射場(chǎng)： 工程上計(jì)算對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)的近似方法是:把對(duì) 稱(chēng)振子看成是終端開(kāi)路的傳輸線兩臂向外張開(kāi)的結(jié)果, 并假設(shè)其上的電流分布仍和張開(kāi)前一樣,然后將振子分 成許多小段,每一小段上的電流在某個(gè)瞬間可認(rèn)為各處 相同,即把每個(gè)小段看作一個(gè)元電輻射體,于是空間任一 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)

3、是許多元電輻射體在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的疊加。 E平面：平面： 和電場(chǎng)矢量平行的平面 H平面：平面： 和磁場(chǎng)場(chǎng)矢量平行的平面 Page 7 11 0 00 sin sin ()coscos 60cos(cos )cos sin jkr m jkr m I EdEjek lzk zdz r Iklkl je r E H ( )sin () 2 sin() m m I zIk lz Ilz Page 8 右圖(a),(b),(c)和(d)分別表示l/=0.25; 0.5; 0.75和1時(shí) 對(duì)稱(chēng)振子在E平面的方向性圖,它們?cè)贖平面內(nèi)的方向性圖 為圓,而且對(duì)稱(chēng)振子的兩臂相互對(duì)稱(chēng),因此其方向性圖亦對(duì) 稱(chēng)于垂直于

4、天線軸的對(duì)稱(chēng)面。 Page 9 2、天線陣、天線陣 Page 10 Page 11 Page 12 這個(gè)例子說(shuō)明了如何這個(gè)例子說(shuō)明了如何利用利用MWO創(chuàng)建一個(gè)電磁結(jié)創(chuàng)建一個(gè)電磁結(jié) 構(gòu)（構(gòu)（EM structure）并仿真）并仿真。它包含一下幾個(gè)。它包含一下幾個(gè) 步驟：步驟： 創(chuàng)建創(chuàng)建 EM structure 建立建立 an enclosure 創(chuàng)建層創(chuàng)建層 定義端口定義端口 修改端口屬性觀察修改端口屬性觀察E面，面，H面方向圖面方向圖 執(zhí)行頻率掃描執(zhí)行頻率掃描 (AFS) 觀察場(chǎng)時(shí)間變化特性觀察場(chǎng)時(shí)間變化特性 將將EM structure添加到原理圖并仿真添加到原理圖并仿真 1. 改變陣元激

5、勵(lì)或者陣元排列觀察其方向特性改變陣元激勵(lì)或者陣元排列觀察其方向特性 Page 13 1.1 新建工程新建工程 Page 14 1.2 設(shè)置仿真頻率范圍設(shè)置仿真頻率范圍 Page 15 Page 16 1.3 生成生成 EM結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1. 菜單欄選擇菜單欄選擇 Project Add EM Structure New EM Structure. 將出現(xiàn)將出現(xiàn) New EM Structure 對(duì)話(huà)框?qū)υ?huà)框. 2. 輸入一個(gè)名稱(chēng)，例如輸入一個(gè)名稱(chēng)，例如 “Dipole”，列表中選擇仿真器：，列表中選擇仿真器： AWR EMSight, 點(diǎn)擊點(diǎn)擊 Create. 工作空間將出現(xiàn)工作空間將出現(xiàn) EM

6、structure window. Page 17 設(shè)定設(shè)定Enclosure Page 18 Page 19 Page 20 Page 21 繪制矩形導(dǎo)體繪制矩形導(dǎo)體 起始點(diǎn)起始點(diǎn): x=1760,y=1600 Dx=240;dy=-10 然后復(fù)制粘貼，在繪制矩形右邊再放置一個(gè)同樣矩形導(dǎo)體導(dǎo)體然后復(fù)制粘貼，在繪制矩形右邊再放置一個(gè)同樣矩形導(dǎo)體導(dǎo)體 Page 22 添加端口（添加端口（internal port） Page 23 Page 24 Page 25 Page 26 Page 27 Page 28 Page 29 Page 30 Page 31 Page 32 Page 33 Pag

7、e 34 Page 35 下面我們添加天線陣，通過(guò)復(fù)制粘貼繪制如下所示對(duì)稱(chēng)陣子天線下面我們添加天線陣，通過(guò)復(fù)制粘貼繪制如下所示對(duì)稱(chēng)陣子天線 陣，天線陣元之間間距陣，天線陣元之間間距240mil， Page 36 下面我們?cè)O(shè)置端口激勵(lì)，下面我們?cè)O(shè)置端口激勵(lì)，4個(gè)端口分別設(shè)置個(gè)端口分別設(shè)置 Page 37 再修改下電路原理圖，這時(shí)候天線已經(jīng)成為一個(gè)再修改下電路原理圖，這時(shí)候天線已經(jīng)成為一個(gè)4端口元件了，端口元件了， 原來(lái)電路圖就出現(xiàn)錯(cuò)誤了原來(lái)電路圖就出現(xiàn)錯(cuò)誤了 Page 38 將原來(lái)子電路刪掉，重新添加，并增加新端口將原來(lái)子電路刪掉，重新添加，并增加新端口 Page 39 運(yùn)行仿真，當(dāng)激勵(lì)等幅同相

8、時(shí)運(yùn)行仿真，當(dāng)激勵(lì)等幅同相時(shí)E面、面、H面方向圖：面方向圖： 當(dāng)激勵(lì)等幅當(dāng)激勵(lì)等幅,相位分別為相位分別為0，-30，-60，-90時(shí)時(shí)E面、面、H面方向圖：面方向圖： Page 40 以上仿真可見(jiàn)輻射方向圖與激勵(lì)的相位有關(guān)。方向圖以上仿真可見(jiàn)輻射方向圖與激勵(lì)的相位有關(guān)。方向圖 還與激勵(lì)的相對(duì)幅度、陣元間距，陣元尺寸結(jié)構(gòu)，陣元還與激勵(lì)的相對(duì)幅度、陣元間距，陣元尺寸結(jié)構(gòu)，陣元 排列形狀有關(guān)。感興趣的同學(xué)可以稍微改變下研究天線排列形狀有關(guān)。感興趣的同學(xué)可以稍微改變下研究天線 陣的輻射特性，還可以觀察電場(chǎng)輻射動(dòng)畫(huà)陣的輻射特性，還可以觀察電場(chǎng)輻射動(dòng)畫(huà) Page 41 u根據(jù)范例完成對(duì)稱(chēng)陣子天線設(shè)計(jì)。 u觀察對(duì)稱(chēng)振子天線輸出方向圖 u初步了解天線陣概念，通過(guò)改變