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《基于Matlab的對稱振子天線分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第27卷第2期泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué))Vol.27No.22009年3月JournalofQuanzhouNormalUniversity(NaturalScience)Mar.2009基于Matlab的對稱振子天線分析曾永西(泉州師范學(xué)院理工學(xué)院,福建泉州362000)摘要:對稱振子天線是應(yīng)用最廣泛的線天線,分析與設(shè)計(jì)對稱振子天線的難點(diǎn)之一是其復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算與方向圖的可視化輸出.文章利用Matlab工具來分析對稱振子天線輻射的方向圖及方向系數(shù)、輻射電阻、輸入阻抗等重要參數(shù),結(jié)果表明,Matlab工具能夠有效應(yīng)用于對稱振子天線分析設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:天線;Matlab;
2、對稱振子;方向圖*中圖分類號(hào):TN820.1+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-8224(2009)02-0030)04[1-2]對稱振子天線是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線,特別是半波對稱振子天線.單個(gè)半波對稱[3]振子可單獨(dú)使用或作為拋物面天線的饋源,也可采用多個(gè)半波對稱振子組成各種天線陣.天線分析與設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)是復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算與方向圖的可視化輸出,而Matlab具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力和強(qiáng)大的繪圖功[4-5]能,已成為許多學(xué)科不可或缺的開發(fā)工具,因此,可以用于天線的分析及仿真設(shè)計(jì).本文對Matlab在對稱振子天線分析中的應(yīng)用進(jìn)行探索,通過Matlab計(jì)算
3、并討論對稱振子天線的相關(guān)參數(shù),用圖形曲線方式進(jìn)行顯示.1對稱振子的方向函數(shù)分析對稱振子天線最關(guān)鍵的是分析其輻射場,通過輻射場表達(dá)式可得到該天線的各種重要性能參數(shù).對[6]稱振子天線輻射場為llcos(2P##cosH)-cos(2P#)60ImKK-jkrEH=j##e.(1)rsinH式中,H是電波射線與天線振軸的夾角,Im為饋電電流波腹值,l為對稱振子單臂的長度,r為觀察點(diǎn)至振子中心的距離.由輻射場的公式可以得到對稱振子天線的歸一化方向函數(shù)為llcos(2P##cosH)-cos(2P#)1KKF(H)=
4、
5、#
6、
7、.(2)fmaxsinH其中,fmax為對稱振子天
8、線方向函數(shù)的最大值.由式(2)可以看出,對稱振子天線的方向函數(shù)與對稱振子的電長度l/K和方位角H有關(guān).當(dāng)l=K/4時(shí),可得半波對稱振子天線的歸一化方向函數(shù)為Pcos(#cosH)2F(H)l=K/4=
9、
10、.(3)sinH2對稱振子的方向圖對對稱振子天線方向函數(shù)的分析和認(rèn)識(shí)若只停留在公式中各種參數(shù)的討論上,很難理解輻射場的空間分*收稿日期:2008-03-20作者簡介:曾永西(1980-),男,福建漳州人,講師,碩士,從事EDA技術(shù)、天線與電波研究.第2期曾永西:基于Matlab的對稱振子天線分析31布以及定向天線集中輻射的概念.利用Matlab工具可直觀描述、形象展示
11、各參量之間的內(nèi)在關(guān)系,加深對對稱振子輻射場空間分布的理解和認(rèn)識(shí).利用Matlab畫出不同電長度的對稱振子天線的E面方向圖(如圖1),垂直于對稱振子軸線方向(即H=90b)的方向函數(shù)與對稱振子天線方向函數(shù)最大值的比值fH=90b/fmax隨l/K變化的曲線如圖2所示.圖1不同電長度的E面方向圖由圖1-2可以發(fā)現(xiàn),對稱振子天線在H=0b方向無輻射,且其空間輻射情況與其電長度l/K密切相關(guān).隨著l/K的增大,在H=90b方向的主瓣變窄,出現(xiàn)副瓣;l/K繼續(xù)增大,當(dāng)l/K>0.723,原來的主瓣變成副瓣,原來的副瓣變成主瓣,當(dāng)l/K=1時(shí),原來的主瓣消失;l/K繼續(xù)增大,副瓣
12、變大變多,方向性變差.出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是當(dāng)l/K[0.5時(shí),隨著l/K的增加,參與干涉的電基本元增多,在H=90b與其他方向的差別增大,方向圖變窄;當(dāng)l/K>0.5時(shí),對稱振子天線兩臂上出現(xiàn)反相電流,在H=90b方向上有反相電流的輻射起削弱作用,于是主瓣變窄且產(chǎn)生副瓣.由圖1可以看出對稱振子天線各個(gè)方向的輻射場隨l/K的變化情況,由圖2可以發(fā)現(xiàn)在l/K增大的過程中,原來的主瓣(H=90b)變成副瓣是發(fā)圖2fH=90b/fmax~l/K曲線生在l/K=0.723.3對稱振子的方向系數(shù)為了更精確比較不同天線之間的方向性,需要引入一個(gè)能定量表示天線定向輻射能力的電參數(shù),這
13、就是[7]方向系數(shù).方向系數(shù)D是天線最重要的參數(shù),D的計(jì)算公式為4PD=2PP.(4)2dUF(H,U)sinHdHQ0Q0將對稱振子天線的歸一化方向函數(shù)表達(dá)式,即式(2)中的F(H)代入方向系數(shù)的計(jì)算公式可得到對稱振子天線的方向系數(shù)的計(jì)算公式.這是一個(gè)較復(fù)雜的含二重積分的計(jì)算式,難以分析和計(jì)算.利用Matlab工具則可以對不同l/K的對稱振子天線進(jìn)行分析,得到對稱振子天線方向系數(shù)D隨l/K變化的曲線,如圖3所示.32泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué))2009年3月由圖3可以看出,隨著l/K的增大,D亦增大;當(dāng)l/KU0.635時(shí),Dmax=3.2956,
