平面口徑場(chǎng)方向特性的研究

1、 南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者： * * * 學(xué) 號(hào)： * * * 系 部： 通信工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 題 目： 平面口徑場(chǎng)方向特性的研究 指導(dǎo)者： * * * 教授 評(píng)閱者： * * *講師 2013 年 6 月 南 京Research on the Direction Characteristic of the Planar Aperture FieldA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceB

2、yGuosheng Chang College of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology June 2013 摘 要本文運(yùn)用了matlab仿真技術(shù)對(duì)平面口徑場(chǎng)的方向特性進(jìn)行了研究，內(nèi)容包括矩形平面口徑、圓形口徑以及喇叭天線(xiàn)在不同長(zhǎng)度和寬度的條件下輻射場(chǎng)的方向特性。通過(guò)改變其幾何參數(shù)，獲得了方向圖隨天線(xiàn)不同的參量的變化規(guī)律。研究過(guò)程包括模型構(gòu)建、仿真計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、比較分析等。結(jié)果表明，在矩形平面口徑下，隨著矩形的一個(gè)邊長(zhǎng)逐漸變大，它的增益會(huì)由小到大再逐漸變小。在喇叭天線(xiàn)里，隨著口面尺寸越大，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，增益越高。因此，

3、喇叭一般適合做中低增益天線(xiàn)，增益在20dB以下，不超過(guò)25dB。文中還對(duì)喇叭天線(xiàn)的最佳尺寸進(jìn)行了詳細(xì)討論。 關(guān)鍵詞：矩形平面口徑；圓形口徑；喇叭天線(xiàn)；增益Abstract This paper studied the directional characteristics of planar aperture field by using matlab simulation technology, including rectangular plane aperture, circular aperture. The directional characteristics of horn an

4、tenna in different lengths and widths is also researched. I obtained several radiation pattens by changing the geometric parameters. The research processes include model construction, simulation, data process and comparative analysis. The result shows that if the length of the one side of the rectan

5、gle gradually becomes longer, its gain will become bigger firstlly then smaller laterlly. In the horn antenna, the longer of the size of aperture, the higher the gain becomes. Therefore, the horn antenna is generally suitable for the low-gain antenna whose gain is less than 20dB and not more than 25

6、dB. The paper has made a detailed discussion for the best size of horn antenna.Key words: Rectangular plane aperture, Circular aperture, Horn antenna, Gain目 錄第1章 緒論11.1引言11.2選題背景與意義11.3研究現(xiàn)狀21.4論文的主要內(nèi)容31.5主要章節(jié)安排3第2章 天線(xiàn)的基本理論42.1 增益天線(xiàn)的概述與分類(lèi)42.1.1 增益天線(xiàn)的概述42.1.2 增益天線(xiàn)的分類(lèi)42.1.3增益天線(xiàn)全向天線(xiàn)52.3天線(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)72.4 Mat

7、lab在天線(xiàn)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用8第3章 矩形口徑天線(xiàn)的方向特性的研究93.1面天線(xiàn)、惠更斯原理和等效原理93.1.1面天線(xiàn)結(jié)構(gòu)93.1.3惠更斯元的輻射103.2 矩形平面口徑天線(xiàn)的基本理論103.2.1方向系數(shù)103.3矩形口徑的立方向圖增益變化143.4平面口徑歸一化方向圖增益變化163.4.1矩形同相平面口徑163.4.2圓形同相平面口徑173.5同相平面口徑場(chǎng)輻射特征19第4章 非同相平面口徑204.1相位偏移對(duì)口徑輻射場(chǎng)的輻射204.2 平方率向位偏移對(duì)矩形口徑方向圖的影響204.3 立方率相位偏移矩形口徑方向圖21第5章 喇叭天線(xiàn)235.1 喇叭天線(xiàn)的概述235.2 E面喇叭和角錐喇叭的

8、通用E面方向圖245.3方向圖分析255.4角錐喇叭的方向系數(shù)圖分析255.4.1最佳喇叭方向系數(shù)26第6章 總結(jié)和展望27致謝28參考文獻(xiàn)29附件30南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)第1章 緒論1.1引言 無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)對(duì)于無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)是必不可少的基本部件。天線(xiàn)是一種裝置，它為輻射及接收無(wú)線(xiàn)電電波提供了手段【1】。換言之，它提供從傳輸線(xiàn)上波導(dǎo)到“自由空間”波的轉(zhuǎn)換（在接收時(shí)是逆轉(zhuǎn)換）。這樣，信息可以跨區(qū)域傳輸而無(wú)需任何中介結(jié)構(gòu)。面天線(xiàn)用在無(wú)線(xiàn)電的高頻端，尤其是微波波段，這類(lèi)天線(xiàn)所載的電流是分布在金屬面上的【2】，而金屬面的口徑尺寸遠(yuǎn)大于工作波長(zhǎng)。目前在工程實(shí)際中, 要使微波天線(xiàn)產(chǎn)生銳方向性波束,

9、 除了采用天線(xiàn)陣的方法就是使用口徑面天線(xiàn), 或簡(jiǎn)稱(chēng)面天線(xiàn)。因此，研究面天線(xiàn)的輻射場(chǎng)方向性，探討其規(guī)律，有一定的工程應(yīng)用意義。1.2選題背景與意義 隨著無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)的發(fā)展，面天線(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。如手機(jī)、藍(lán)牙、雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)電視；無(wú)線(xiàn)地波探測(cè)、無(wú)線(xiàn)電引信；環(huán)境檢測(cè)儀表和遙感；復(fù)雜天線(xiàn)中的饋電單元；GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)；生物醫(yī)學(xué)輻射器等【3】。就天線(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用需求而言，寬頻帶和小型化是天線(xiàn)目前最主要的幾個(gè)研究方向【4】。最近幾十年，隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)天線(xiàn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。由于普通結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)頻帶寬度十分狹窄，因此近年來(lái)發(fā)展了多種技術(shù)來(lái)提高天線(xiàn)帶寬，包括對(duì)天線(xiàn)的加載技術(shù)、

10、分形技術(shù)、多諧振技術(shù)、有源天線(xiàn)技術(shù)等。在對(duì)面天線(xiàn)進(jìn)行方向性研究時(shí)，怎么樣保持其單一變量是尤為重要的。1.3研究現(xiàn)狀自從赫茲、馬可尼發(fā)明了天線(xiàn)以來(lái)【5】，天線(xiàn)在社會(huì)生活中越來(lái)越發(fā)揮其重要性，如今已經(jīng)成為人類(lèi)生活中必不可少的部分。1873 年麥克斯韋(Maxwell)從理論上預(yù)言電磁波的存在，自從1879 年馬可尼(Marconi)首次獲得了一個(gè)完整天線(xiàn)電報(bào)系統(tǒng)的專(zhuān)利以來(lái)，伴隨著天線(xiàn)技術(shù)不斷進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)自然界廣泛存在電磁波這種物質(zhì)的形態(tài)的認(rèn)識(shí)在不斷深化，創(chuàng)造多種和多樣電磁波工程系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電的通信系統(tǒng)。從廣播、電視、移動(dòng)通信到雷達(dá)、導(dǎo)航、氣象、定位和衛(wèi)星，到軍事領(lǐng)域制導(dǎo)武器，再到電子對(duì)抗等領(lǐng)域取得極為

11、豐碩研究成果【6】。赫茲于1886年建立了世界上第一個(gè)天線(xiàn)系統(tǒng)，他在當(dāng)時(shí)配備的設(shè)備在今天可看做為一個(gè)工作在米波的波長(zhǎng)完整的無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)，是采用終端加載偶極子作為發(fā)射的天線(xiàn)，諧振環(huán)作為接收天線(xiàn)。1895年的5月，俄羅斯科學(xué)家亞歷山大利用電磁波發(fā)送出了第一個(gè)信號(hào)被30英里外處的海軍軍艦艇接收到。1901年的12月，馬可尼在赫茲的系統(tǒng)上做了改進(jìn)，添加了一個(gè)調(diào)諧電路，并為較長(zhǎng)的波長(zhǎng)配置了大天線(xiàn)以及接地系統(tǒng)，于紐芬蘭圣約翰斯接收到了來(lái)自英格蘭波爾多的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。次年，馬可尼便開(kāi)始正規(guī)無(wú)線(xiàn)電的通信服務(wù)【7】。而20世紀(jì)初，“共和國(guó)號(hào)”及“泰坦尼克號(hào)海難事件的出現(xiàn)，戲劇性的體現(xiàn)了馬可尼發(fā)明在海上的價(jià)值【8】。

12、由于在無(wú)線(xiàn)電出現(xiàn)之前，海上的船舶是完全孤立的，災(zāi)難突然來(lái)襲時(shí)，即使是靠近的船舶上的人或岸上的人的提醒也無(wú)法接收到。伴隨著二戰(zhàn)期間雷達(dá)的出現(xiàn)，厘米波的普及，無(wú)線(xiàn)電頻譜才終于得到了更為充分的利用【9】。如今，運(yùn)行不同軌道中的數(shù)以千計(jì)的衛(wèi)星正負(fù)載著通信天線(xiàn)，就猶如土星光環(huán)圍繞著土星那樣，衛(wèi)星圍繞著地球；地面系統(tǒng)裝有的天線(xiàn)陣探測(cè)器已經(jīng)可以訪(fǎng)問(wèn)太陽(yáng)系中的其他一些行星；而飛機(jī)及船舶隨身攜帶天線(xiàn)可為其出行提供了必不可少通信系統(tǒng)。隨著人類(lèi)逐漸向太空擴(kuò)展活動(dòng)，對(duì)天線(xiàn)的高需求也將增長(zhǎng)到一個(gè)史無(wú)前例的程度，總之，在未來(lái)的生活中天線(xiàn)將擔(dān)任著越來(lái)越重要的角色【10】。1.4論文的主要內(nèi)容本課題利用惠更斯等效原理，通過(guò)m

13、atlab編程方法，研究口徑面的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)，包括矩形平面口徑、圓形口徑以及喇叭天線(xiàn)。口徑面上的場(chǎng)強(qiáng)分布可分為等幅但相位均勻分布與相位余弦分布，也可分為不等幅的情況。隨著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)使用的頻段擴(kuò)展到微波波段后,微波中繼、雷達(dá)、衛(wèi)星通信、遙控等技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。雖然它們對(duì)微波天線(xiàn)相繼提出了各種不同的要求, 但它們有一個(gè)重要共同點(diǎn), 就是都要求有著銳方向性幅射和接收。而目前在工程實(shí)際中, 想要微波天線(xiàn)產(chǎn)生銳方向性波束,只有2種方法。采用天線(xiàn)陣或用口徑面天線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)面天線(xiàn)）。本論文通過(guò)推導(dǎo)出的解析公式，結(jié)合matlab編程研究面天線(xiàn)的輻射方向特性，探討其規(guī)律性，具有一定的工程應(yīng)用意義。1.5主要章節(jié)安

14、排 首先就課題研究的背景和意義做出說(shuō)明。第1章總體的介紹了下開(kāi)選題背景、意義及研究現(xiàn)狀。第2章主要介紹了天線(xiàn)的基本理論，增益天線(xiàn)的概述與分類(lèi)以及主要技術(shù)指標(biāo)，在第2章最后還簡(jiǎn)單的介紹了matlab的應(yīng)用。第3章主要介紹了矩形平面口徑方向特性、矩形口徑的立體方向圖、平面口徑的歸一化方向圖以及同相平面的增益變化。第4章主要介紹了非同向平面口徑的方向特性。第5章主要介紹了均勻喇叭天線(xiàn)的方向特性及增益變化。文末對(duì)全文的成果加以總結(jié)，討論了平面天線(xiàn)中的若干難題及對(duì)進(jìn)一步研究的展望。第2章 天線(xiàn)的基本理論2.1 增益天線(xiàn)的概述與分類(lèi)2.1.1 增益天線(xiàn)的概述 當(dāng)今社會(huì)，在無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的價(jià)格越來(lái)越低的趨勢(shì)下，

15、很多人的家里或者企業(yè)里都裝上了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于個(gè)人或者企業(yè)來(lái)說(shuō)，大大的提供了便利。不過(guò)，隨著區(qū)域的越來(lái)越大，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)逐漸變得不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸受阻等問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)。那么，怎樣才能解決這些棘手的問(wèn)題呢?如果更換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要的花費(fèi)比較大，從節(jié)約的角度上講，浪費(fèi)資源，從而更換、加裝增益天線(xiàn)從而成為了既經(jīng)濟(jì)又最合實(shí)際的做法。 增益的定義是指定方向上的最大輻射強(qiáng)度和天線(xiàn)最大輻射強(qiáng)度比值，也就是天線(xiàn)功率放大的倍數(shù)。在通常情況下，增益的強(qiáng)弱將直接影響天線(xiàn)輻射和天線(xiàn)接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)能力。因此，在相等條件下，增益越高，無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播距離就越遠(yuǎn)，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)越好。增益越低，無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播距離就越近，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)越差。增益的單位為d

16、Bi，室內(nèi)天線(xiàn)大多為4dBi5dBi，室外天線(xiàn)大多為8.5dBi14dBi。在通常情況下，因?yàn)樵鲆娴拇笮≈苯佑绊憥挼拇笮?，它們是成反比的。即其增益越大，帶寬越?其增益越小，帶寬越大。所以，較大增益天線(xiàn)主要運(yùn)用在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)淖饔蒙希^小增益天線(xiàn)就更適合應(yīng)用于在無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍比較大的環(huán)境里。目前，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，天線(xiàn)有兩種。即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的應(yīng)用。用戶(hù)可根據(jù)需要來(lái)選購(gòu)不同類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)，使無(wú)線(xiàn)信號(hào)能夠更好地被各個(gè)無(wú)線(xiàn)設(shè)備接收和發(fā)送。2.1.2 增益天線(xiàn)的分類(lèi) 無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)可分為全向天線(xiàn)、定向天線(xiàn)、扇形天線(xiàn)、平板天線(xiàn)等種類(lèi)。其中全向天線(xiàn)適合短距離的傳送，但要運(yùn)用在很多無(wú)線(xiàn)設(shè)備及客戶(hù)端的場(chǎng)合

17、，不過(guò)這些無(wú)線(xiàn)設(shè)備大部分增益比較小并且傳輸距離有限。而定向天線(xiàn)又包括八木定向天線(xiàn)、角型定向天線(xiàn)、拋物面定向天線(xiàn)等類(lèi)型，它們適合在無(wú)線(xiàn)設(shè)備相距較遠(yuǎn)并且無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)比較集中但數(shù)量較少，位置固定的條件下。這種天線(xiàn)具有長(zhǎng)距離傳輸、匯聚能量能力強(qiáng)的特點(diǎn)。扇形天線(xiàn)的特點(diǎn)是它可以多角度的覆蓋，如果無(wú)線(xiàn)的接入點(diǎn)集中在此天線(xiàn)的覆蓋范圍之內(nèi)，可考慮選購(gòu)此類(lèi)天線(xiàn)，它具有較好的定向和較強(qiáng)的匯聚能量功能。平板天線(xiàn)的特點(diǎn)是角度范圍是30度和15度，它比扇形天線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍更小，但是它的能量匯聚能力最強(qiáng)，可在無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)相對(duì)比較遠(yuǎn)、更集中的環(huán)境中運(yùn)用。2.1.3增益天線(xiàn)全向天線(xiàn)全向天線(xiàn)，是指天線(xiàn)于水平面上的輻射和接收時(shí)沒(méi)有最大

18、的方向。因?yàn)檩椛浜徒邮諘r(shí)無(wú)方向性，所以這種天線(xiàn)裝起來(lái)較方便，無(wú)需考慮傳輸點(diǎn)的天線(xiàn)安裝角度的技術(shù)。不過(guò)全向天線(xiàn)是沒(méi)有最大方向地，它的天線(xiàn)增益相對(duì)比較低，這就導(dǎo)致了無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸距離也比較短。因此，這類(lèi)天線(xiàn)比較適合短距離傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)多點(diǎn)環(huán)境下使用。例如，在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)漫游網(wǎng)絡(luò)的中心無(wú)線(xiàn)AP上使用此類(lèi)天線(xiàn)，通過(guò)中心無(wú)線(xiàn)AP，可以均勻地將無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)角落。2.1.4增益天線(xiàn)定向天線(xiàn) 比起全向天線(xiàn)，定向天線(xiàn)方向性較強(qiáng)，因此它的能量集中，增益也相對(duì)較高，信號(hào)傳輸距離也比較遠(yuǎn)，抗干擾能力較強(qiáng)，更適合于長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)相比，有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，前者的缺點(diǎn)在于它的信號(hào)覆蓋范圍小，天

19、線(xiàn)的安裝和調(diào)整時(shí)難度較大，兩個(gè)傳輸點(diǎn)的天線(xiàn)必須相互對(duì)準(zhǔn)才能保證信號(hào)的傳輸。在一般情況下，如果無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中只有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，或者計(jì)算機(jī)需要和無(wú)線(xiàn)路由器、無(wú)線(xiàn)AP進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，那么定向天線(xiàn)就是最佳選購(gòu)。因?yàn)榇藭r(shí)的計(jì)算機(jī)使用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)傳輸方式，使用定向天線(xiàn)完全可以讓用戶(hù)獲得極佳的無(wú)線(xiàn)傳輸質(zhì)量。除了上述內(nèi)容外，大家在判斷或選購(gòu)某款天線(xiàn)時(shí)，還要了解天線(xiàn)的工作頻率。不同工作頻率的天線(xiàn)適合于在不同的無(wú)線(xiàn)設(shè)備上使用，例如工作在2.4GHz 頻段下的天線(xiàn)才能供那些11Mbps或54Mbps的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品使用。同時(shí)，天線(xiàn)還有室內(nèi)使用和室外使用的差別，這也是在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的。2.2天線(xiàn)在通信

20、系統(tǒng)中的應(yīng)用2.2.1通訊天線(xiàn)領(lǐng)域： 在移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，天線(xiàn)作為基站至關(guān)重要的組成部分，天線(xiàn)性能的好與壞直接關(guān)系到通訊系統(tǒng)的通信質(zhì)量，從而影響手機(jī)通信終端接收信號(hào)的效果，最終影響到手機(jī)的通信質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。由于移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站的位置相對(duì)固定，用戶(hù)數(shù)量眾多，所以基站在選擇他的配置天線(xiàn)時(shí)應(yīng)具有以下要求： 1、 通訊天線(xiàn)應(yīng)該具有很高的增益；2、 天線(xiàn)輻射方向應(yīng)該覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)；3、 天線(xiàn)能夠工作在多個(gè)頻段并具有很高的帶寬；4、 天線(xiàn)與收發(fā)設(shè)備之間應(yīng)具有良好的阻抗匹配；5、 通訊手機(jī)的體積盡可能小，結(jié)構(gòu)盡可能緊湊；6、 天線(xiàn)多采用線(xiàn)極化，基站天線(xiàn)應(yīng)該是具有高增益的全向天線(xiàn)。移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展

21、與應(yīng)用，極大的推動(dòng)了手機(jī)天線(xiàn)向多頻段、寬頻帶、多用途、小型化的方向發(fā)展，現(xiàn)在的手機(jī)天線(xiàn)多采用單鞭天線(xiàn)、微帶天線(xiàn)、倒F天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)以及各種小天線(xiàn)組成的陣列。2.2.2電視天線(xiàn) 在中國(guó)，電視廣播使用的頻率范圍為112頻道，VHF頻段48.5223MHz, 1368頻道，UHF頻段470956MHz，為了擴(kuò)大電視臺(tái)的服務(wù)區(qū)域，電視天線(xiàn)的發(fā)射天線(xiàn)必須架在高大建筑物的頂端或?qū)Ｓ玫蔫F塔上，為了節(jié)省電磁波能量，一般電視天線(xiàn)都設(shè)置在城市中心，其中數(shù)位電視天線(xiàn)要求更為嚴(yán)格，在我國(guó)，電視天線(xiàn)采用的極化方式是水平極化，常用的電視發(fā)射天線(xiàn)有旋轉(zhuǎn)場(chǎng)天線(xiàn)、蝙蝠翼天線(xiàn)和反射板偶極天線(xiàn)陣，而在客戶(hù)終端，多采用八木天線(xiàn)、V形

22、天線(xiàn)、對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)以及反射面天線(xiàn)，反射面天線(xiàn)也就是人們通俗上說(shuō)的“大鍋天線(xiàn)”。現(xiàn)在汽車(chē)電視也越來(lái)越多，車(chē)載電視天線(xiàn)的需求也會(huì)不斷增加，車(chē)載數(shù)位電視天線(xiàn)的特點(diǎn)待后期研討。2.2.3雷達(dá)天線(xiàn) 常用于飛機(jī)、艦船、航天飛機(jī)、車(chē)輛等，常用的有反射面天線(xiàn)、波導(dǎo)裂縫陣列天線(xiàn)與相控陣天線(xiàn)。2.3天線(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)1. 電壓駐波比（VSWR） VSWR在移動(dòng)通信蜂窩系統(tǒng)的基站天線(xiàn)中，其最大值應(yīng)小于或等于1.5:1。若表示天線(xiàn)的輸入阻抗， 為天線(xiàn)的標(biāo)稱(chēng)特性阻抗，也可以用回波損耗表示端口的匹配特性， VSWR=1.5:1 時(shí)，R.L.=-13.98dB。 當(dāng)天線(xiàn)的輸入阻抗和特性阻抗不相同時(shí)，產(chǎn)生反射波、入射波于饋線(xiàn)

23、上疊加產(chǎn)生形成駐波，其相鄰的電壓最大值與最小值的比值，即是電壓駐波比。如果電壓駐波比值過(guò)大，將縮短通信之間的距離，而且反射功率也返回到發(fā)射機(jī)功放的部分，這就容易照成燒壞功放管，從而影響通信系統(tǒng)間的正常工作。2. 前后比（F/B） 天線(xiàn)的后向（180°±30°）以?xún)?nèi)副瓣電平和最大波束間的差值，用正值表示。一般情況下，天線(xiàn)的前后比在1845dB之間。而對(duì)于密集的市區(qū)，要積極采用前后比較大的天線(xiàn)，如40dB。3. 回波損耗 指在天線(xiàn)的接頭處的反射功率與入射功率的比值?；夭〒p耗反映了天線(xiàn)的匹配特性。4. 功率容量 功率容量一般是指天線(xiàn)的平均功率容量，其中包括匹配、平衡和移

24、相等耦合裝置，但是它所能承受的功率是有限的，再考慮到基站天線(xiàn)的實(shí)際最大輸入功率（單載波的功率為20W),若天線(xiàn)的一個(gè)端口最多輸入六個(gè)載波，則天線(xiàn)的輸入功率為120W,因此天線(xiàn)的單端口功率容量應(yīng)大于200W（環(huán)境溫度為65時(shí)）。5. 天線(xiàn)增益 增益是天線(xiàn)系統(tǒng)的最重要參數(shù)之一，天線(xiàn)增益的定義與全向天線(xiàn)或半波振子天線(xiàn)有關(guān)。全向輻射器是假設(shè)在所有方向上都輻射等功率的輻射器，在某一方向的天線(xiàn)增益是該方向上的場(chǎng)強(qiáng)。2.4 Matlab在天線(xiàn)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用 自從Matlab語(yǔ)言問(wèn)世以來(lái),發(fā)展至今已經(jīng)變成一種最具有吸引力，應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算數(shù)值語(yǔ)言。尤其是在微積分，線(xiàn)性方程組及非線(xiàn)性方程組的解法以及特征值等等領(lǐng)

25、域和常微分方程解法和圖形輸出的方面具有強(qiáng)大的功能。且這些功能也恰恰是解算微波的方程和進(jìn)行天線(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題中最迫切需要解決的難題。而怎么樣把Matlab語(yǔ)言應(yīng)用于天線(xiàn)設(shè)計(jì)中，這還需要進(jìn)行一些摸索和嘗試。 Matlab語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基本處理單位為復(fù)數(shù)的數(shù)組(陣列),而且數(shù)組的維數(shù)是自動(dòng)按照規(guī)則確定的,這樣既可讓Matlab程序被高度到向量化0,又可方便用戶(hù)對(duì)它的讀寫(xiě)。在數(shù)學(xué)計(jì)算可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題,必需要用到多次循環(huán)語(yǔ)句才能實(shí)現(xiàn),這樣不但使程序變得復(fù)雜,而且又大大的浪費(fèi)了計(jì)算時(shí)間。而MATLAB解決上訴問(wèn)題則簡(jiǎn)單多了,它只要一個(gè)簡(jiǎn)單的命令語(yǔ)句,就可以實(shí)現(xiàn)用多次循環(huán)語(yǔ)句才能實(shí)現(xiàn)的計(jì)算結(jié)果。運(yùn)用Mat

26、lab語(yǔ)言能把很多復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算變成數(shù)組計(jì)算,它可以通過(guò)其強(qiáng)大的數(shù)組運(yùn)算功能來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程。另外,天線(xiàn)設(shè)計(jì)中一般都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真計(jì)算,來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)輸出的口面場(chǎng)分布能否形成預(yù)定的方向圖,以及各個(gè)輻射源的互耦或加工公差產(chǎn)生的微擾對(duì)方向圖會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。只有通過(guò)仿真計(jì)算,設(shè)計(jì)師們才能給出合理的公差控制范圍。在天線(xiàn)的方向圖仿真計(jì)算中,如果用其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行編程計(jì)算，則程序十分復(fù)雜，一般也只能輸出二維的方向圖圖形。若要輸出三維的方向圖圖形,就必須具備高超的編程技巧,而這對(duì)于天線(xiàn)設(shè)計(jì)工作者來(lái)說(shuō)是比較困難的。運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言,只需要短短幾條語(yǔ)句即可解決問(wèn)題?？梢?jiàn)，MATLAB語(yǔ)言對(duì)于圖像輸出的優(yōu)勢(shì)

27、是十分明顯的。第3章 矩形口徑天線(xiàn)的方向特性的研究3.1面天線(xiàn)、惠更斯原理和等效原理3.1.1面天線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3-1，面天線(xiàn)通常由金屬面S1和初級(jí)輻射源組成。 圖3-1 面天線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖 3.1.2等效原理 設(shè)包圍天線(xiàn)的封閉曲面由金屬面的外表面S1和金屬面的口徑面S2共同組成，S1為金屬面的外表面，它的場(chǎng)強(qiáng)為零，于是面天線(xiàn)的輻射問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為口徑面S2的輻射。 由于存在著口徑場(chǎng)ES和HS，根據(jù)惠更斯原理(Huygens Principle)，將口徑面S2分割成許多面元，這些面元稱(chēng)為惠更斯元或二次輻射源。所有惠更斯元的輻射之和即得到整個(gè)口徑面的輻射場(chǎng)。當(dāng)由口徑場(chǎng)求解輻射場(chǎng)時(shí)，每一個(gè)面元的次級(jí)輻射可用等效

28、電流元與等效磁流元來(lái)代替，口徑場(chǎng)的輻射場(chǎng)就是由所有等效電流元（等效電基本振子）和等效磁流元（等效磁基本振子）所共同產(chǎn)生的。這就是電磁場(chǎng)理論中的等效原理(Field Equivalence Theorem)。3.1.3惠更斯元的輻射圖3-2 惠更斯元的輻射設(shè)平面口徑面（xOy面）上的一個(gè)惠更斯元(如圖3-2)ds=dxdyen，其上有著均勻的切向電場(chǎng)Ey和切向磁場(chǎng)Hx。根據(jù)等效原理，面元上的等效面電流密度為 相應(yīng)的等效電基本振子電流的方向沿y軸方向，其長(zhǎng)度為dy，數(shù)值為 因此惠更斯元的輻射和相互正交放置的等效電基本振子和等效磁基本振子的輻射場(chǎng)之和是可相互轉(zhuǎn)換的。3.2 矩形平面口徑天線(xiàn)的基本理論

29、3.2.1方向系數(shù)對(duì)于同相平面口徑，最大輻射方向一定發(fā)生在=0處，為天線(xiàn)輻射功率，即整個(gè)口徑面向空間的輻射功率，如下圖3-1，在一個(gè)邊長(zhǎng)為a*b的矩形口徑面S上建立一個(gè)坐標(biāo)系， 圖3-2-1矩形口徑面及其坐標(biāo)系 在其M面（yoz平面），在此平面內(nèi)電基本振子產(chǎn)生的輻射場(chǎng)為磁基本振子產(chǎn)生的輻射場(chǎng)為于是，惠更斯元在M平面上的輻射場(chǎng)為 即其N(xiāo)面（xoz平面）輻射場(chǎng)為磁基本振子產(chǎn)生的輻射場(chǎng)為 于是，惠更斯元在N平面上的輻射場(chǎng)為即當(dāng)口徑場(chǎng)My為均勻分布，即My=M0時(shí)，引入 則兩個(gè)主平面的方向函數(shù)為同理得出當(dāng)口徑場(chǎng)My為余弦分布，即假設(shè)滿(mǎn)足如下條件時(shí)，則兩個(gè)主平面的方向函數(shù)為計(jì)算程序見(jiàn)附件。計(jì)算結(jié)果圖3-

30、2-1 矩形口徑極坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)方向圖從上圖可以看出，在均勻分布口徑場(chǎng)里，當(dāng)時(shí)，增益最大，口徑越小，我們可以改變其一邊長(zhǎng)，再來(lái)看看其增益的變化。當(dāng)a=5,b=3時(shí)，運(yùn)行結(jié)果如下圖圖3-2-2 矩形口徑極坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)方向圖 當(dāng)a=8,b=3時(shí)，運(yùn)行結(jié)果如下圖 圖3-2-3 矩形口徑極坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)方向圖由圖可以比較出，當(dāng)一邊邊長(zhǎng)b逐漸變大時(shí)，M面上高增益其逐漸變小，增益變差。當(dāng)值達(dá)到1000時(shí)，增益基本上沒(méi)有。當(dāng)a=2,b=3時(shí)，它的均勻口徑面的半功率波瓣寬度在值達(dá)到200處，余弦口徑的半功率波瓣寬度在的值為250處。當(dāng)a=5,b=3時(shí)，它的均勻口徑面的半功率波瓣寬度在值達(dá)到170

31、處，余弦口徑的半功率波瓣寬度在的值為180處。當(dāng)a=8,b=3時(shí)它的均勻口徑面的半功率波瓣寬度在值達(dá)90處，余弦口徑的半功率波瓣寬度在的值為100處。綜上所訴，當(dāng)矩形口徑改變其幾何參數(shù)（即改變其一邊長(zhǎng)），當(dāng)邊長(zhǎng)逐漸變大時(shí)它的半功率波瓣寬度逐漸變小，增益變小。所以矩形均勻口徑適合做中低型增益天線(xiàn)。3.3矩形口徑的立方向圖增益變化在3.1中，均勻矩形口徑的增益隨越小而變大。實(shí)際上，它不僅是沿二維方向輻射，而是在各個(gè)方向都有輻射，下面就用三維坐標(biāo)系來(lái)清楚的表示。計(jì)算三維坐標(biāo)仿真程序見(jiàn)附錄。通過(guò)matlab仿真，得出以下幾個(gè)三維圖：圖3-3-1 矩形口徑立體方向圖圖3-2-2 矩形口徑等電場(chǎng)方向圖 圖

32、3-2-3 矩形口徑立體方向圖圖3-2-4 矩形口徑等電場(chǎng)方向圖 由矩形口徑的立體方向圖（均勻分布）和矩形口徑的等電場(chǎng)方向圖（均勻分布）可以看出矩形口徑的場(chǎng)強(qiáng)方向特性是完全均勻的，在余弦分布時(shí)，由矩形口徑的立體方向圖（余弦分布）和矩形口徑的等電場(chǎng)方向圖（余弦分布）可以看出，它的場(chǎng)強(qiáng)方向特性是有余弦變化規(guī)律的，從而從側(cè)面表達(dá)了矩形口徑場(chǎng)強(qiáng)特性方向是均勻的。3.4平面口徑歸一化方向圖增益變化3.4.1矩形同相平面口徑 在3.1中，矩形同相平面口徑情況下，如果口徑場(chǎng)My為均勻分布，My=M0，則兩個(gè)主平面的方向函數(shù)為 其惠更斯元?dú)w一化方向圖為圖3-4-1 惠更斯元?dú)w一化方向圖 當(dāng)口徑場(chǎng)為余弦分布，即

33、假設(shè)滿(mǎn)足如下條件時(shí)， 則兩個(gè)主平面的方向函數(shù)為其中，式中，a和b分別為矩形口徑的長(zhǎng)和寬；為射線(xiàn)與口徑法線(xiàn)之間的夾角；，為相移常數(shù)，但通?？趶匠叽邕h(yuǎn)大于波長(zhǎng)，則 ，上述各式可以簡(jiǎn)化為與和的關(guān)系。3.4.2圓形同相平面口徑 在圓形同相平面口徑情況下，如果口徑場(chǎng)分布均勻，則兩個(gè)主平面方向函數(shù)為式中，為一階貝賽爾函數(shù)，；a為口徑半徑。由于口徑尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng),上述近似成立。 當(dāng)口徑場(chǎng)分布為沿半徑方向呈錐削狀分布時(shí)，口徑場(chǎng)一般可以擬合為式中，Q為口徑場(chǎng)分布指數(shù)，Q=.,-3,-2,-1,0，1，2，3，.。P=0，對(duì)應(yīng)于均勻口徑場(chǎng)分布；絕對(duì)值P值越大，意味著錐削越嚴(yán)重，口徑場(chǎng)分布越不均勻。 圖3-4-2

34、錐削口徑的分布圖Q=0時(shí)， Q=-1時(shí)，Q=-2時(shí)，其中，分別為一階、二階、三階貝塞爾函數(shù)。 以下程序是根據(jù)錐削口徑分布特征實(shí)現(xiàn)平面口徑方向特性的函數(shù)：%計(jì)算平面口徑的歸一化方向圖clear all;Qsi=linspace(eps,10,100);MM1=abs(sin(Qsi)./Qsi);MM2=abs(cos(Qsi)./(1-(2/pi*Qsi).2);MM3=abs(2*bessel(1,Qsi)./Qsi);figure(1);plot(Qsi,MM1,'k');hold on;plot(Qsi,MM2,'-b');hold on;plot(Qsi

35、,MM3,'-.r');xlabel('Qsi');ylabel('|F(Qsi)|');grid on;hold off;title('平面口徑的方向函數(shù)');計(jì)算結(jié)果圖為圖3-4-3 平面口徑的方向函數(shù) 由圖3-4-3可見(jiàn)，在口徑場(chǎng)均勻分布時(shí)，Qsi在=0時(shí)增益幅度最大，Qsi的絕對(duì)值越大，其增益幅度越小。 惠更斯元的最大輻射方向與其本身垂直。如果平面口徑由這樣的面元組成，而且各面元同相激勵(lì)，則此同相口徑面的最大輻射方向勢(shì)必垂直于該口徑面。3.5同相平面口徑場(chǎng)輻射特征 綜合對(duì)不同口徑場(chǎng)輻射場(chǎng)的分析以及相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算，對(duì)同相口徑

36、場(chǎng)而言，可歸納出如下的重要結(jié)論： 平面同相口徑的最大輻射方向一定位于口徑面的法線(xiàn)方向；在口徑場(chǎng)分布規(guī)律一定的情況下，口徑面的電尺寸越大，主瓣越窄，方向系數(shù)越大； 當(dāng)口徑電尺寸一定時(shí)，口徑場(chǎng)分布越均勻，其面積利用系數(shù)越大，方向系數(shù)越大，但是副瓣電平越高； 口徑輻射的副瓣電平以及面積利用系數(shù)只取決于口徑場(chǎng)的分布情況，而與口徑的電尺寸無(wú)關(guān)。 第4章 非同相平面口徑4.1相位偏移對(duì)口徑輻射場(chǎng)的輻射 由于天線(xiàn)制造或安裝的技術(shù)誤差，或者為了得到特殊形狀的波束或?qū)崿F(xiàn)電掃描，口徑場(chǎng)的相位分布常常按一定的規(guī)律分布。假設(shè)口徑場(chǎng)振幅分布仍然均勻，常見(jiàn)的口徑場(chǎng)相位偏移有如下幾種： (1)直線(xiàn)律相位偏移 (2)平方律相

37、位偏移 (3)立方律相位偏移4.2 平方率向位偏移對(duì)矩形口徑方向圖的影響 當(dāng)球面波或柱面波投射到平面口徑上時(shí)，將產(chǎn)生近似的平方率的相位偏移。假設(shè)口徑場(chǎng)振幅分布仍然均勻，而相位偏移遵循如下規(guī)律： 式中，為口徑場(chǎng)的振幅，a為矩形口徑沿x方向的邊長(zhǎng)，為口徑面上的x坐標(biāo)，為最大相位偏移量。則求得N面上方向函數(shù)為計(jì)算程序見(jiàn)附錄：圖4-2-1 平方律相位偏移的矩形口徑方向圖計(jì)算結(jié)果為： 由圖4-2-1可以看出，當(dāng)=0時(shí)，它的的半功率波瓣寬度是10,；當(dāng)時(shí)，它的的半功率波瓣寬度是12；當(dāng)時(shí)，它的的半功率波瓣寬度是55?？梢钥闯觯S著的值變大，它的半功率波瓣寬度逐漸變大。因此平方律相位偏移帶來(lái)了零點(diǎn)模糊、主瓣

38、展寬、主瓣分裂以及方向系數(shù)下降，所以在天線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)力求避免。4.3 立方率相位偏移矩形口徑方向圖 在口徑天線(xiàn)中很難遇到純粹的立方率相位偏移，它通常與均勻和線(xiàn)性相位偏移同時(shí)發(fā)生。比如在拋物面天線(xiàn)中，當(dāng)饋源橫向偏焦時(shí)，口徑面上將產(chǎn)生線(xiàn)性和立方率相位偏移，在口徑邊緣處會(huì)出現(xiàn)最大立方相差。 假設(shè)，口徑場(chǎng)振幅均勻，而相位偏移遵循如下規(guī)律： 其中，為口徑場(chǎng)的振幅，a為矩形口徑沿x方向的邊長(zhǎng)，為口徑面上的x坐標(biāo)，為最大相位偏移量。則用該式求得N平面的方向函數(shù)為計(jì)算程序見(jiàn)附件：計(jì)算結(jié)果為：圖4-3-1 立方率偏移對(duì)口徑方向圖的影響 由圖4-3-1可以看出，立方律相位偏移不僅產(chǎn)生了最大輻射方向偏轉(zhuǎn)，而且還會(huì)導(dǎo)致

39、方向圖不對(duì)稱(chēng)，在主瓣的一側(cè)產(chǎn)生了較大的副瓣，對(duì)雷達(dá)而言，此種情況極易混淆目標(biāo)。所以這種天線(xiàn)常運(yùn)用于軍事。第5章 喇叭天線(xiàn)5.1 喇叭天線(xiàn)的概述 在微波的波段，利用的是各種波導(dǎo)來(lái)傳輸電磁波能量的。而一般采用的波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)。將波導(dǎo)終端開(kāi)口構(gòu)成波導(dǎo)輻射器。為了增大增益，壓榨方向圖和得到較好的方向性，需要來(lái)增大波導(dǎo)輻射器的口面半徑面積。將波導(dǎo)終端做成逐漸張開(kāi)的形狀，就是喇叭天線(xiàn)。 喇叭天線(xiàn)除可大量用于反射面天線(xiàn)饋源外，相控陣天線(xiàn)的常用單元天線(xiàn)也經(jīng)常用這種天線(xiàn)，還可用作為對(duì)其它高增的益天線(xiàn)進(jìn)行增益校準(zhǔn)測(cè)試通用的標(biāo)準(zhǔn)。 喇叭天線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電簡(jiǎn)便、頻帶較寬、功率容量大和高增益的整體性

40、能。 如圖5-1-1，是一個(gè)喇叭天線(xiàn)。它是由一段均勻波導(dǎo)和一段喇叭組成。喇叭是逐漸張開(kāi)的波導(dǎo)，終端開(kāi)口。喇叭內(nèi)電磁場(chǎng)的分布，從喇叭頸部到開(kāi)口處逐漸變化。在喇叭的頸部即喇叭與波導(dǎo)連接的地方，因?yàn)樗膶?dǎo)體壁是不連續(xù)的，所以會(huì)出現(xiàn)高次模。當(dāng)喇叭橫截面尺寸變化不明顯時(shí)即喇叭的張角比較小，喇叭開(kāi)口面上場(chǎng)分布與波導(dǎo)內(nèi)截面上場(chǎng)分布差異不大，高次模弱。基本上只有主模沿著波導(dǎo)傳播。喇叭界面逐漸張開(kāi)，可以改善與自由空間匹配。喇叭天線(xiàn)分為矩形喇叭和圓錐喇叭，而矩形喇叭天線(xiàn)又分為H面扇形喇叭、E面扇形喇叭和角錐喇叭。圖5-1-1 喇叭天線(xiàn)示意圖 5.2 E面喇叭和角錐喇叭的通用E面方向圖 在圖5-1中，、分別為E面長(zhǎng)

41、和H面的長(zhǎng)度；a、b為波導(dǎo)的寬邊和窄邊長(zhǎng)度；、為相應(yīng)的口徑尺寸。當(dāng)時(shí)，構(gòu)成楔形角錐喇叭；當(dāng)時(shí)，構(gòu)成尖頂角錐喇叭；當(dāng)或時(shí)，構(gòu)成E面喇叭；當(dāng)或時(shí)，構(gòu)成H面喇叭。而喇叭天線(xiàn)的口徑場(chǎng)可近似由矩形波導(dǎo)至喇叭結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的相應(yīng)截面的波導(dǎo)場(chǎng)來(lái)決定。如果忽略波導(dǎo)連接處及喇叭口徑處的反射并假設(shè)矩形波導(dǎo)內(nèi)只傳輸模式，則喇叭內(nèi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)可以近似看作與波導(dǎo)的內(nèi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)相同，只是由于喇叭逐漸張開(kāi)，所以扇形喇叭內(nèi)傳輸?shù)臑轳v面波，尖頂角錐喇叭內(nèi)傳輸?shù)慕茷榍蛎娌?，因此在一?jí)近似的條件下，喇叭口徑上場(chǎng)的相位分布為平方率，角錐喇叭口徑場(chǎng)為 將上述口徑場(chǎng)分布的表達(dá)式帶入下式，即可求出角錐喇叭的E面和H面的輻射場(chǎng)，并根據(jù)方向函數(shù)的定義，可得

42、到相應(yīng)平面的方向圖。 計(jì)算中引入?yún)?shù)s和t，分別表示了喇叭口徑的E面和H面的相位偏移長(zhǎng)度，s、t越大，相位偏移越嚴(yán)重。計(jì)算程序見(jiàn)附件：計(jì)算結(jié)果如圖5-2-1，圖5-2-1 E面喇叭和角錐喇叭的通用方向圖 5.3方向圖分析由5-2-1以看出，參數(shù)s、t反映了喇叭口徑的E、H面的相位偏移的嚴(yán)重程度。s、t越大，相位偏移越嚴(yán)重，方向圖上零點(diǎn)消失，主瓣變寬。=0°方向不再是最大輻射方向，呈現(xiàn)出馬鞍形狀態(tài)，而這是不希望看到的。為了獲得較好的方向圖，工程上通常規(guī)定E面允許的最大相差為H面允許的最大相差為 由于H面的口徑場(chǎng)為余弦分布，邊緣場(chǎng)幅小，所以mH可大于mE。5.4角錐喇叭的方向系數(shù)圖分析

43、在角錐喇叭中，E面喇叭方向系數(shù)圖如下圖5-51，H面喇叭方向系數(shù)圖如下圖5-52，在喇叭長(zhǎng)度一定的條件下，起初增大口徑尺寸可以增大口徑面積，進(jìn)而增大了方向系數(shù)，但是當(dāng)口徑尺寸增大到超過(guò)某定值后，繼續(xù)再增大口徑尺寸，方向系數(shù)反而減小。這表明扇形喇叭存在著最佳喇叭尺寸。最佳尺寸即為E面和H面分別允許的最大相差尺寸：而滿(mǎn)足最佳尺寸的喇叭稱(chēng)為最佳喇叭。5.4.1最佳喇叭方向系數(shù)最佳扇形喇叭的面積利用系數(shù)=0.64，所以其方向系數(shù)為最佳角錐喇叭的面積利用系數(shù) =0.51，其方向系數(shù)為 因此，如果設(shè)計(jì)喇叭天線(xiàn)時(shí)，首先根據(jù)工作帶寬，選擇合適的波導(dǎo)尺寸。如果給定了方向系數(shù)，則根據(jù)方向系數(shù)曲線(xiàn)，將喇叭天線(xiàn)設(shè)計(jì)成

44、最佳喇叭天線(xiàn)。對(duì)于角錐喇叭，還必須做到喇叭與波導(dǎo)在頸部的尺寸配合。必須使 RE=RH=R。 第6章 總結(jié)和展望 平面口徑天線(xiàn)（矩形口徑天線(xiàn)、圓形口徑天線(xiàn)）和喇叭天線(xiàn)廣泛的應(yīng)用于通信領(lǐng)域中，因此，研究其最佳場(chǎng)強(qiáng)的方向特性對(duì)于開(kāi)發(fā)研制高性能天線(xiàn)是很有意義的。本文主要研究了這幾種天線(xiàn)的方向特性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出場(chǎng)強(qiáng)的最佳方向。在課題的研究過(guò)程中，本人主要做了一下工作： 1、查找了至今與平面口徑、圓形口徑天線(xiàn)和喇叭天線(xiàn)有關(guān)的資料，作為本次研究課題的參考資料 。 2、學(xué)習(xí)此次要使用的Matlab仿真軟件，并對(duì)要研究的幾種天線(xiàn)進(jìn)行仿真，通過(guò)改變其幾何參數(shù)，驗(yàn)證結(jié)論的正確性。 3、掌握常用

45、口徑場(chǎng)的解析計(jì)算公式。 4、通過(guò)編程計(jì)算一些口徑場(chǎng)的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)、方向系數(shù)和增益系數(shù)，重在比較不同口徑遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)強(qiáng)的差異性，說(shuō)明應(yīng)用。 由于時(shí)間問(wèn)題，以及自己的重視水平有限，并沒(méi)有將幾種天線(xiàn)的所有情況都列舉出來(lái)，而且許多問(wèn)題。仿真結(jié)果與理論值大致吻合，誤差較小。通過(guò)實(shí)際仿真，基本能夠符合理論值。驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。致謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)工作終于結(jié)束了，這是在我的導(dǎo)師王琪教授的精心指導(dǎo)和悉心的關(guān)心下完成的。由于本人缺乏經(jīng)驗(yàn)，難免有許多考慮不周之處，也由此在設(shè)計(jì)過(guò)程遇到了許許多多的難題。王琪教授的不厭其煩的講解下，是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能取得圓滿(mǎn)成功的保證。同時(shí)也要感謝大學(xué)四年傳授我各種知識(shí)的所

46、有老師。謝謝你們嘔心瀝血的教導(dǎo)與栽培，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是建立在你們所教授課程的基礎(chǔ)上完成的，沒(méi)有你們，我的起步將舉步艱難。還有謝謝周?chē)耐瑢W(xué)朋友，是他們給了本人無(wú)數(shù)的關(guān)心和幫助，很多時(shí)候，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的眾多小問(wèn)題都是在和他們的研究和討論中解決的。如果沒(méi)有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得異常困難。最后，感謝本人的父母。謝謝他們給本人無(wú)私的愛(ài)，以及在我求學(xué)過(guò)程中自始至終的支持。 * * * 2013 年 6 月參考文獻(xiàn)1、 Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele. Antenna Theory and DesignM. John Wilet & Sons,

47、Inc. 19982、 C. Jerald Buchenauer, J. Scott Tyo and Jon S. H. Schoenberg. Prompt Aperture Efficiencies of Impulse Radiating Antennas With Arrays as an ApplicationJ. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 20113、 美塞吉. N. 馬卡洛夫. 許獻(xiàn)國(guó)譯. 通信天線(xiàn)建模與Matlab仿真分析M. 北京：北京郵電大學(xué)出版社. 2006 4、美國(guó)業(yè)余無(wú)線(xiàn)電轉(zhuǎn)播聯(lián)盟，左群聲等譯. 無(wú)線(xiàn)

48、通信天線(xiàn)手冊(cè)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社. 20045、宋錚等. 天線(xiàn)與電波傳播（第二版）學(xué)習(xí)指導(dǎo)M. 西安電子科技大學(xué)出版社. 20116、王志雄, 方重華, 劉振吉. 圓口徑天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)分析J. 裝備環(huán)境工程. 2009, 6(2): 82-857、張浩斌, 郭陳江, 許家棟. 任意口徑天線(xiàn)輻射場(chǎng)的計(jì)算J. 航空電子技術(shù). 20038、KIM J J and KESLER O B. Performance analysis of radar antenna sy stemsJ. IEEE AES Systems Mag a zine, 19999、張浩斌，郭陳江，許家棟.任意口徑天線(xiàn)輻射場(chǎng)計(jì)算D.

49、 電子科技大學(xué)碩士論文. 西北工業(yè)大學(xué)電子工程系,2003 10、羅烜. 共形/共口徑天線(xiàn)的研究D. 電子科技大學(xué)碩士論文. 2011附件3.2計(jì)算程序：clear all;clc;a=2; %a邊的長(zhǎng)度b=3; %b邊的長(zhǎng)度theta=linspace(-pi,pi,180);FM_u=abs(1+cos(theta)/2.*sin(pi*b*sin(theta)./(pi*b*sin(theta);FN_u=abs(1+cos(theta)/2.*sin(pi*a*sin(theta)./(pi*a*sin(theta);FM_c=abs(1+cos(theta)/2.*sin(pi*b*

50、sin(theta)./(pi*b*sin(theta);FN_c=abs(1+cos(theta)/2.*sin(pi*a*sin(theta)./(1-(2/pi*(pi*a*sin(theta).2);figure(1);plot(theta*180/pi, FM_u,'k');xlabel('theta');ylabel('Ntheta');grid on;axis(-180 180 0 1);hold on;plot(theta*180/pi,FN_u,'-r');hold on;plot(theta*180/pi,FN

51、_c,'-.b');hold off;legend('M面','N面(均勻口徑)','N面(余弦分布)');title('矩形口徑兩平面的直角坐標(biāo)方向圖');figure(2);polar(theta,FM_u,'k');hold on;title('矩形口徑的E面極坐標(biāo)方向圖');polar(theta,FN_u,'-r');hold on;polar(theta,FN_c,'-.b');hold off;legend('M面',&#

52、39;N面(均勻口徑)','N面(余弦分布)');3.3計(jì)算程序：%計(jì)算均勻相位分布和余弦相位分布時(shí)矩形口徑的立體方向圖clear all;clc;a=2; %a邊的電長(zhǎng)度b=3; %b邊的電長(zhǎng)度theta=meshgrid(-pi/2+1e-10:pi/180:pi/2+1e-10);phi=meshgrid(-pi/2+1e-10:pi/180:pi/2+1e-10)'MM_u=abs(1+cos(phi)./2.*sin(pi*b*sin(phi)./(pi*b*sin(phi);MN_u=abs(1+cos(theta)./2.*sin(pi*a*sin

53、(theta)./(pi*a*sin(theta);M_u=MM_u.*MN_u;figure(1);mesh(theta*180/pi,phi*180/pi,M_u);xlabel('theta');ylabel('phi');zlabel('M(theta,phi)');title('矩形口徑的立體方向圖(均勻分布)');figure(2);contour(theta*180/pi,phi*180/pi,M_u,30);axis(-90 90 -90 90);axis equal;xlabel('theta');ylabel('phi');title('矩形口徑的等電場(chǎng)方向圖(均勻分布)');MM_u=abs(1+cos