双极天线方向图仿真实验报告B5Word文件下载.docx
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2.加深对双极天线工作原理的理解;
3.理解双极天线的方向性及天线臂长、架设高度对
天线方向性的影响;
实验器材:
计算机一台、matlab软件。
实验原理阐述、实验方案:
双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子,因此,研究双级天线的性质(这里主要指方向性)可以分两步进行。
1.对称振子的方向性
(1)电基本振子的远区辐射场
如果对称振子的电流分布已知,则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子几分,就可以得到对称振子的辐射场表达式。
电基本振子的远区(满足kr>
>
1,即
)辐射场表达式如下:
(1-1)
式中:
I——电基本振子的电流;
l——电基本振子的长度;
r——远区中一点到电基本振子的距离。
根据远区辐射场的性质可知,Eθ和Hφ的比值为常数(称为媒质的波阻抗),所以,在研究天线的辐射场时,只需要讨论其中的一个量即可。
通常总是采用电场强度作为分析的主体。
(2)对称振子的电流分布
如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成,则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似,即非常接近于正弦驻波分布。
以振子中心为原点,忽略振子损耗,则细对称振子的电流分布为:
(1-2)
(3)对称振子的辐射场及方向函数
已知对称振子的电流分布后,将电基本振子的远区电场表达式沿对称振子进行积分,就可以得到对称振子的远区电场表达式。
图1双极天线及其坐标
建立上图的坐标系,即可得到对称振子的辐射场表达式:
(1-3)
根据方向函数的定义,对称振子的方向函数如下:
(1-4)
2.地面的影响
当天线并非架设在自由空间中,而是架设在地面上时,地面将对天线的辐射场产生影响。
在电波频率较低、投射角较小的情况下,地面可以被看成是良导体。
此时,地面对天线辐射场的影响可用天线在地面以下的镜像来代替,即实际天线与其镜像组成了一个二元天线阵。
需要注意的是,如果天线是水平架设,则为副镜像,而如果是垂直架设,则为正镜像。
双极天线是水平架设在地面上,根据天线阵的分析理论,可得地面镜像因子为:
(1-5)
H——天线架设高度;
——仰角。
3.双极天线的方向性
综上,双极天线的方向函数如下:
(1-6)
由表达式可知,双极天线的方向性除了和正常的方位参数(仰角,方位角)有关以外,还和天线的臂长l及架设高度H有关。
本次实验正是研究双极天线的参数(臂长及架高)对天线方向性的影响。
4.垂直平面和水平平面
由于天线是架设在地面上,为了便于研究天线的方向性,通常选取两个相互垂直的平面(垂直平面和水平平面)作为特定平面进行分析。
(1)垂直平面
=00的xOz平面即为双极天线的垂直平面。
将=00代入式6,可得双极天线垂直平面的方向函数为:
(1-7)
可见,臂长l对垂直平面的方向性没有影响。
(2)水平平面
根据水平平面的定义,仰角为一个常量c,所以,双极天线水平平面的方向函数为:
(1-8)
可见,架高H对水平平面的方向性没有影响。
实验数据:
一、天线长度l的影响。
二、天线架高H的影响。
实验结果分析:
一、天线臂长L只影响水平平面方向图,为保证天线在φ=0°
方向辐射最强,应使天线一臂的电长度l/λ≤0.7,当l>
0.7后,副瓣增大增多。
二、天线架设高度H只影响垂直平面方向图,天线架设不高(H/λ≤0.3)时,在高仰角方向辐射最强;
架设越高,第一波瓣仰角越低。
实验小结及建议:
1、matlab的使用并不简单,在学习和修改参数的时候一定认真细心,做好备份,以免弄错后找不回来。
2、对参数的修改采用控制变量法,不能一次修改两个参数。
3、做实验要多修改多发现,才能真正掌握双极天线的工作原理和影响参数。
教员评语: