天線理論與技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、 天線理論與技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱 均勻直線陣 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 班 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2015年5月8日 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解陣列天線的波束形成原理寫出方向圖函數(shù)2. 運(yùn)用MATLAB仿真陣列天線的方向圖曲線3. 變換各參量觀察曲線變化并分析參量間的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境：MATLAB8.0，WIN8.1系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)原理：單個(gè)天線的方向性是有限的，為了加強(qiáng)天線的定向輻射能力，可以采用天線陣(Arrays)。天線陣就是將若干個(gè)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(shí)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

2、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(qiáng)的方向性。1. 陣列天線：陣列天線是一類由不少于兩個(gè)天線單元規(guī)則或隨機(jī)排列并通過適當(dāng)激勵(lì)獲得預(yù)定輻射特性的特殊天線。陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和矢量和由于各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨(dú)立調(diào)整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個(gè)天線無法實(shí)現(xiàn)的。2. 方向圖乘積原理：天線陣的合成方向圖等于單元天線方向圖與陣列因子的乘積。方向圖乘積定理f(,)=f1(,)×fa(,) （3-1）上式表明，天線陣的方向函數(shù)可以由兩項(xiàng)相乘而得。第一項(xiàng)

3、f1(,)稱為元因子（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(xiàng)fa(,)稱為陣因子（Array Pattern），取決于天線之間的電流比以及相對(duì)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(duì)稱振子以波腹電流歸算的方向函數(shù)為： （3-2）將l=0.25代入式上式可得半波振子的方向函數(shù)為： （3-3）如果均勻直線陣的單元天線為半波陣子的話，此即為元因子。3. 均勻直線陣,就是所有單元天線結(jié)構(gòu)相同，并且等間距、等幅激勵(lì)而相位沿陣軸線呈依次等量遞增或遞減的直線陣。如下圖所示,N個(gè)天線

4、元沿y軸排列成一行，且相鄰陣元之間的距離相等都為d，電流激勵(lì)為In=In-1ej(n=2,3, :,N)，根據(jù)方向圖乘積定理，均勻直線陣的方向函數(shù)等于單元天線的方向函數(shù)與直線陣陣因子的乘積。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要讓單元天線的最大輻射方向盡量與陣因子一致，而且單元天線多采用弱方向性天線，所以均勻直線陣的方向性調(diào)控主要通過調(diào)控陣因子來實(shí)現(xiàn)。因此本實(shí)驗(yàn)討論主要針對(duì)陣因子，至于均勻直線天線陣的總方向圖只要將陣因子再乘以單元天線的方向圖就可以得到了。圖4-1 均勻直線陣坐標(biāo)圖N元均勻直線陣的陣因子為： （3-4）此式是一等比數(shù)列求和，其值為： （3-5）歸一化后為： （3-6）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：第一題、

5、N=20元均勻直線陣（邊射狀態(tài)）（1）給定各陣元間距為d=0.5，用Matlab畫出陣因子函數(shù)（極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)）。（2）理論計(jì)算和仿真驗(yàn)證方向圖中最大輻射方向max、第一副瓣對(duì)應(yīng)的角度位置m1和副瓣電平SLL、半功率主瓣寬度、零點(diǎn)主瓣寬度。（3）改變陣元數(shù)N、各陣元間距d，觀察總結(jié)方向圖的變化規(guī)律。clc,clearN=input('輸入天線陣陣元數(shù)N= '); %輸入線性圖天線陣的振子個(gè)數(shù)d1=input('輸入陣元間距d與波長lamda倍數(shù)= '); %輸入振子間的間距倍數(shù)lamda=100; %精度d=d1*lamda;k=(2*pi/lamda); d

6、elta= -pi:0.01:pi; xi=0; %超前的相角w=xi+k*d.*cos(delta); %相鄰陣元相位差ppt(1-5-13)FA=1/N*(abs(sin(N*(w./2)./sin(w./2); %ppt(1-5-16)subplot(1,2,1)plot(w,FA)xlabel('w')ylabel('FA')grid onsubplot(1,2,2)polar(delta,FA)w1=3/N; delta1=acosd(w1/2*d1) %第一副瓣極坐標(biāo)SLL=abs(sin(N*w1*pi/2)/(N*sin(w1*pi/2);SLL

7、=SLL2;SLL=10*log10(SLL) %第一副瓣電平，dB單位，耗盡損耗w0=1/N;delta0=acosd(w0/d1); two0=2*(90-delta0) %零點(diǎn)波束寬度N=20 ,d=0.5根據(jù)相位差=+kdcos=0+cos, 和歸一化后的可求出m1= 87.85°；SLL=-13.38dB; 零點(diǎn)主瓣寬度=11.48°；max =90°第二題、N=20元均勻直線陣（端射狀態(tài)）（1）給定各陣元間距為d=0.5，用Matlab畫出陣因子函數(shù)（極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)）。（2）理論計(jì)算和仿真驗(yàn)證方向圖中最大輻射方向max、第一副瓣對(duì)應(yīng)的角度位置m1和副

8、瓣電平SLL、半功率波束寬度、零點(diǎn)波束寬度。（3）改變陣元數(shù)N、各陣元間距d，觀察總結(jié)方向圖的變化規(guī)律。clc,clearN=input('輸入天線陣陣元數(shù)N= '); %輸入線性圖天線陣的振子個(gè)數(shù)d1=input('輸入陣元間距d與波長lamda倍數(shù)= '); %輸入振子間的間距倍數(shù)lamda=100; %精度d=d1*lamda;k=(2*pi/lamda); delta= -pi:0.01:pi; xi=pi/2; %超前的相角w=xi+k*d.*cos(delta); %相鄰陣元相位差ppt(1-5-13)FA=1/N*(abs(sin(N*(w./2)

9、./sin(w./2); %ppt(1-5-16)subplot(1,2,1)plot(w,FA)xlabel('w')ylabel('FA')grid onsubplot(1,2,2)polar(delta,FA)w1=3/N;delta1=acosd(w1-1/2)/(2*d1) %第一副瓣極坐標(biāo)SLL=abs(sin(N*w1*pi/2)/(N*sin(w1*pi/2); SLL=SLL2;SLL=10*log10(SLL) %第一副瓣電平w0=2/N;delta0=acosd(w0-1/2)/(2*d1);two0=2*(180-delta0) %零點(diǎn)波束寬度N=20 d=0.5根據(jù)相位差=+kdcos=2+cos, 和歸一化后的可求出m1= 110.49°；SLL=-13.38dB; 零點(diǎn)主瓣寬度=132.84°；max =120°五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過MATLAB編程，了解均勻直線陣的輻射特性，知道了熟悉影響天線陣輻射的各種因素及其產(chǎn)生的影響。從計(jì)算結(jié)果可以看出：振元間相位差為0時(shí)形成邊射陣，最大輻射方向在垂直與陣軸的方向；改變振元間相位差并不能增加旁瓣的個(gè)數(shù)，只能改變波瓣的指向