實(shí)驗(yàn)二 均勻直線陣

1、實(shí)驗(yàn)二 均勻直線陣一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^MATLAB編程，了解均勻直線陣的輻射特性，熟悉影響天線陣輻射的各種因素及其產(chǎn)生的影響。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境：MATLAB軟件三、實(shí)驗(yàn)原理：?jiǎn)蝹€(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)方位相同。天線陣的輻射場(chǎng)是各單元天線輻射場(chǎng)的矢量和。只要調(diào)整好各單元天線輻射場(chǎng)之間的相位差，就可以得到所需要的、更強(qiáng)的方向性方向圖乘積定理f(,)=f1(,)×fa(,)

2、 （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)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。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

3、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

4、-5）歸一化后為： （3-6）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：內(nèi)容：根據(jù)均勻直線陣陣因子歸一化方向函數(shù)利用MATLAB編程并畫出其方向圖。步驟一：編寫MATLAB程序，并保存為*.M文件（*代表文件名自起），詳細(xì)程序如下：%這個(gè)程序通過給出的陣元數(shù)、相位差、間距和工作波長(zhǎng)來畫出天線陣陣因子的方向圖lamda=input('enter the value of wave length= '); %輸入工作波長(zhǎng)N=input('enter the no. of elements= '); %輸入線性圖天線陣的振子個(gè)數(shù)alfa=input('enter your prog

5、ressive phase= '); %輸入振子間的相位差（弧度表示）d=input('enter the seperation distance between elements= '); %輸入振子間的間距B=(2*pi/lamda); theta= pi/100:pi/100:2*pi; w=alfa+B*d.*cos(theta); AF=1/N*(abs(sin(N*(w./2)./sin(w./2); %公式（3-6）polar(theta,AF)步驟二：在MATLAB中打開編寫的*.M文件，閱讀并分析整個(gè)程序，分析每條語句的作用，將程序中的內(nèi)容和原理部分相

6、對(duì)照，找出所編寫程序的理論依據(jù)。步驟三：分析振元個(gè)數(shù)對(duì)天線陣方向圖的影響。（1）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=-pi，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-2 振元個(gè)數(shù)為2的天線陣方向圖（2）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=4，相位差=-pi，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-3 振元個(gè)數(shù)為4的天線陣方向圖（3）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=8，相位差=-pi，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-4 振元個(gè)數(shù)為10的天線陣方向圖從計(jì)算結(jié)果可以看出：振元間相位差為-kd時(shí)形成端射陣，最大輻射方向在陣軸的方向；增加振元個(gè)數(shù)并不能把端射陣變成邊射陣，但能增加旁瓣的個(gè)數(shù)，并且減小主瓣的

7、寬度。步驟四：分析振元間相位差對(duì)天線陣方向圖的影響。（1）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=0度，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-5 相位差=0度的天線陣方向圖（2）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=-pi/4，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-6 相位差=-pi/4的天線陣方向圖（3）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=-pi/2，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-7 相位差=-pi/2的天線陣方向圖（4）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=-3pi/4，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-8 相位差=-3pi/4的天線陣方向圖（5）計(jì)算輸入波長(zhǎng)=10，振元個(gè)數(shù)=2，相位差=-pi，振源間距=5，畫出天線方向圖為。圖4-9 相位差=-pi的天線陣方向圖從計(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于陣軸的方向；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。步驟五：將實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果連帶分析總結(jié)寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。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