CAD天線設(shè)計(jì)-大作業(yè)-西電

天線CAD大作業(yè)班級：021114學(xué)號：02111362姓名：八木—宇田天線基本要求：工作頻帶2.4-2.5GHz，帶內(nèi)增益≥11.0dBi，VSWR≤2:1，考慮平衡—不平衡饋電問題?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)思路和過程，給出具體的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和仿真結(jié)果，如VSWR、方向圖等。（80分）拓展要求：檢索文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)并理解展寬八木-宇田天線帶寬的方法，嘗試將工作頻帶擴(kuò)至2.3-2.69GHz，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。（20分）原理：八木-宇田天線是由一個(gè)有源振子（一般用折合振子）、一個(gè)無源反射器和若干個(gè)無源引向器平行排列而成的端射式天線。單個(gè)半波振子在子午面上有兩個(gè)最大輻射方向，而在赤道面上為均勻輻射。為了提高增益和獲得單向輻射，可在半波振子的前后平行放置引向器和反射器。一個(gè)由兩個(gè)對稱振子平行排列的二元天線陣，只要適當(dāng)調(diào)整它們之間的距離和激勵(lì)電流的關(guān)系，就可使它們共同產(chǎn)生的輻射在兩振子中心連線的某一方向增強(qiáng)，而在相反方向減弱甚至完全抵消。假定其中一個(gè)振子為主振子，另一為附加振子，當(dāng)附加振子的作用是將主振子的最大輻射方向引到自己的方向時(shí),這一附加振子稱為引向器,反之稱為反射器。附加振子可以是有源的，也可以是無源的。八木-宇田天線的引向器和反射器都是無源的,統(tǒng)稱為寄生振子。寄生振子上的電流大小和相位決定于振子的間距和寄生振子的電抗，后者可通過改變它的長度或串入一可變電抗加以調(diào)整。欲使寄生振子成為引向器，它的輸入阻抗應(yīng)為容性，長度應(yīng)小于半波長。反之，反射器的輸入阻抗應(yīng)為感性，長度應(yīng)大于半波長。有源振子的長度通常取其第一個(gè)諧振長度，約0.48λ，反射器與有源振子之間的距離約為0.15～0.25λ，引向器與有源振子之間的距離約為0.1～0.35λ。反射器一般只需要一個(gè)，因?yàn)樗竺娴膱鰪?qiáng)已經(jīng)很弱，再增加反射器作用也不大，而增加引向器的數(shù)目，天線的軸向長度亦隨之增加,可以提高天線的增益、減小主瓣寬度。元數(shù)很多的長八木天線實(shí)質(zhì)上是一個(gè)端射式表面波行波天線。設(shè)計(jì)分析:八木天線設(shè)計(jì)參量主要包括：反射振子長度，有源振子長度，引向振子長度，反射陣子與有源振子間距，引向振子與有源振子間距，引向振子間距。參看經(jīng)驗(yàn)公式，初步確定各項(xiàng)參數(shù)如下：反射振子長度：0.55*λ有源振子長度：0.47*λ引向振子長度：0.44*λ（各個(gè)引向振子等長）反射陣子與有源振子間距：0.2*λ引向振子與有源振子間距：0.16*λ引向振子1和2間距：0.25*λ引向振子2和3間距：0.35*λ引向振子3和4間距：0.32*λ引向振子4和5間距：0.33*λ引向振子5和6間距：0.42*λ引向振子6和7間距：0.43*λ即N=9的八木天線，將數(shù)據(jù)帶入Matlab程序驗(yàn)證，結(jié)果如下:從結(jié)果可以看出，增益為13.56dB滿足設(shè)計(jì)要求。故按照以上設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真建模仿真:本次仿真采用FEKO軟件進(jìn)行，添加設(shè)計(jì)變量，畫圖建模，添加激勵(lì)，最后給出計(jì)算場。得到模型如下：運(yùn)行仿真，增益結(jié)果如下圖:可以看到增益約為11dB，不滿足設(shè)計(jì)要求，故改變模型設(shè)置，由書中介紹了解到，增加振子元數(shù)可以有效提升增益，故做出如下改動(dòng)：增加一個(gè)振子名為振子8，振子長度為0.44*λ，與前一振子間距為0.43*λ，得到效果圖如下：進(jìn)行仿真，得到結(jié)果如下：駐波比：如圖所示：增益為13.37dB，駐波比在諧振頻率處為1.26，滿足設(shè)計(jì)要求。小結(jié):通過以上對八木天線的設(shè)計(jì)仿真，我發(fā)現(xiàn)八木天線的設(shè)計(jì)大多依賴經(jīng)驗(yàn)公式，由于天線陣輻射電流計(jì)算復(fù)雜，故運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)可以大大節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。在第一次對模型進(jìn)行仿真時(shí)，結(jié)果并不與Matlab計(jì)算結(jié)果完全相符，可見Matlab是一種趨于理想的算法，而在FE