電磁場與微波技術(shù)試驗

1、實驗三 對稱天線和天線陣的方向圖實驗?zāi)康模?1、熟悉對稱天線和天線陣的概念；2 、熟悉不同長度對稱天線的空間輻射方向圖； 3、理解天線陣的概念和空間輻射特性。實驗原理： 天線陣就是將若干個單元天線按一定方式排列而成的天線系統(tǒng)。排列方式可以 是直線陣、 平面陣和立體陣。實際的天線陣多用相似元組成。 所謂相似元， 是指各陣元的類 型、尺寸相同， 架設(shè)方位相同。 天線陣的輻射場是各單元天線輻射場的矢量和。只要調(diào)整好 各單元天線輻射場之間的相位差，就可以得到所需要的、更強的方向性方向圖乘積定理f1（ , ） 稱為元因子f( ,)=f1( ,)fa( ,)上式表明，天線陣的方向函數(shù)可以由兩項相乘而得。第

2、一項Primary Pattern ），它與單元天線的結(jié)構(gòu)及架設(shè)方位有關(guān)；第二項 fa（ , ） 稱為陣因子 Array Pattern ），取決于天線之間的電流比以及相對位置， 與單元天線無關(guān)。 方向函數(shù) （或方向圖）等于單元天線的方向函數(shù)（或方向圖）與陣因子（或方向圖）的乘積，這就是方向 圖乘積定理。已知對稱振子以波腹電流歸算的方向函數(shù)為實驗步驟： 1、對稱天線的二維極坐標空間輻射方向圖（1）建立對稱天線二維極坐標空間輻射方向函數(shù)的數(shù)學(xué)模型（2）利用matlab 軟件進行仿真（3）觀察并分析仿真圖中不同長度對稱天線的空間輻射特性 E面方向函數(shù)：2 、天線陣端射陣和邊射陣（1）建立端射陣和邊

3、射陣空間輻射方向函數(shù)的數(shù)學(xué)模型（2）利用 matlab軟件進行仿真（3）觀察并分析仿真圖中兩種天線陣的空間輻射特性 實驗報告要求：（ 1）抓仿真程序結(jié)果圖（ 2）理論分析與討論1、對稱天線方向圖L=時對稱陣子天線的方 向圖027001)clcclearlambda=1;%自由空間的波長L0=1; %改變 L0 值，得到不同長度對稱陣子 的方向圖L=L0*lambda; % 分別令L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.0001:0.1:360;theta=theta0*pi/180;for i=1:length(the

4、ta0)fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos(k*L)/sin(theta(i); endpolar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖02)clcclearlambda=1;%自由空間的波長L0=1/4; %改變 L0 值，得到不同長度對稱陣 子的方向圖L=L0*lambda; % 分別令L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.0001:0.1:360;theta=theta0*pi/180;for i=1:length(theta0)180150210L=時對稱陣 子

5、天線 的方向 圖120240600.80.60.40.227030330300fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos(k*L)/sin(theta(i); endpolar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖title(L= 時對稱陣子天線的方向圖 ) %L的長度不同，標題不同 3)clcclearlambda=1;%自由空間的波長L0=1/2; %改變 L0 值，得到不同長度對稱陣 子的方向圖L=L0*lambda; % 分別令L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.00

6、01:0.1:360;theta=theta0*pi/180;for i=1:length(theta0)fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos(k*L)/sin(theta(i);endpolar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖title(L= 時對稱陣子天線的方向圖) %L的長度不同，標題不同4)clcclearlambda=1;%自由空間的波長L0=3/4; %改變 L0 值，得到不同長度對稱 陣子的方向圖L=時對稱陣子天線的方向圖0L=時對稱陣子 天線的方 向圖1200.80.6601501802400.40.230030330270t

7、itle(L= 時對稱陣子天線的方向圖 ) %L的長度不同，標題不同L=L0*lambda; %分別令 L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.0001:0.1:360;theta=theta0*pi/180; for i=1:length(theta0) fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos(k*L)/sin(theta(i);end polar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖title(L= 時對稱陣子天線的方向圖 ) %L的長度不同，標題不同5)clcclear

8、lambda=1;%自由空間的波長L0=3/2; %改變 L0 值，得到不同長度對稱陣 子的方向圖L=L0*lambda; % 分別令L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.0001:0.1:360;theta=theta0*pi/180;for i=1:length(theta0)180L=時對稱陣 子天線 的方向 圖120240fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos (k*L)/sin(theta(i);end polar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖title(

9、L= 時對稱陣子天線的方向圖 ) %L的長度不同，標題不同6)clc clearlambda=1;%自由空間的波長L0=2; %改變 L0 值，得到不同長度對稱陣子的 方向圖L=L0*lambda; % 分別令L=/4, /2,3 /4, ,3 /2,2 k=2*pi/lambda;% 自由空間的相移常數(shù) theta0=0.0001:0.1:360; theta=theta0*pi/180;for i=1:length(theta0)fe(i)=abs(cos(k*L*cos(theta(i)-cos(k* L)/sin(theta(i);end1501802100.80.60.40.2270

10、30330300L=時對稱陣子 天線的方 向圖120240600.80.60.40.2300270330polar(theta,fe/max(fe);%畫歸一化方向圖title(L= 時對稱陣子天線的方向圖 ) %L的長度不同，標題不同 分析對稱振子天線的方向圖(以上圖形)可以看出： l 0.5 時，開始出現(xiàn)副瓣， 但最大輻射方向仍在 q =90o 的方向上； 當 l 0.625l 時，最大輻射方向?qū)⑵x q =90o的方向；(當 l 0.5 ，出 現(xiàn)反向電流，場為反向疊加)； 當 l =l 時，天線上的反向電流與正向電流相同，故在 q =90o 上場將完全抵 消，其總場為零，但在 q =60

11、o 的方向上，由于場的行程差引起的相位差和電流 的相位差互相抵消，從而形成場的最大值。2、十二元均勻直線陣的方向圖(1) 間距為 / 2的十二元均勻端射陣的分析十二元均勻直線函數(shù)為 A 1 sin6 ，其中： kdcos ，其零點12 sin /225發(fā)生在 , , , , , 處。6 3 2 3 6將陣間距 d/ 2代入上式，得cosclear allN=12;%天線陣的元數(shù)x=0:0.01:pi;y=abs(sin(N*x./2)./sin(x/2)/N;plot(x,y)title( 十二元均勻直線陣歸一化方向圖 )xlabel( )00十二元均勻直線陣歸一化方向圖0.90.80.70.

12、6( 0.50.40.30.20.10.512.531.5 2 3.5ylabel( | A()| ) hold off由圖形分析可得：該直線陣的頻率在0,1之間，主瓣方向的場強比旁瓣d的增加頻率十 二元均勻 端射陣方向圖-kd 時形成方向的場強大許多倍，并且隨著 逐漸的減少。(2) 十二元均勻端射陣方向圖clear allN=12; % 天線陣的元數(shù) a=pi;%a= x=-pi:0.01:pi;A=abs(sin(N*(pi*cos(x)+a)./2)./sin(pi*cos(x)+ a)/2)/N;polar(x,A);title( 十二元均勻端射陣方向圖 ); hold off從圖形分析可得： 振元間相位差為端射陣， 最大輻射方向在陣軸的方向； 增加振元個數(shù)并不能把端射陣變成邊射陣， 但能增加 旁瓣的個數(shù)，并且減小主瓣的寬度。(3) 十二元均勻邊射陣方向圖 0十二元均勻端射 陣方向圖clear alla=0;%a=N=12; % 天線陣的元數(shù) x=-pi:0.01:pi;A=abs(si