(两个辐射单元)偶极子天线阵辐射场图matlab仿真--工程电磁场小论文.doc

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偶极子天线辐射场图 ——MATLAB动态仿真 【摘要】天线遍布于生活中的每一个角落,为了更好地学习天线,本文对直线天线的简单模型——半波偶极子进行分析。应用MATLAB这个学习软件,对偶极子天线进行了动态仿真,通过结果分析,很好地符合书本中的实验结论,对抽象的天线理论很好地结合到了实际理解当中。 【关键字】 偶极子 天线元 辐射场 MATLAB动态仿真 偶极子(dipole)定义:指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。 在电磁学的概念里,有两种偶极子:电偶极子和磁偶极子。电偶极子是两个分隔一段距离,电量相等,正负相反的电荷。应用有偶极子天线 。磁偶极子是一圈封闭循环的电流,例如一个有常定电流运行的线圈,称为载流回路。偶极子的性质可以用它的偶极矩描述。电偶极矩由负电荷指向正电荷,大小等于正电荷量乘以正负电荷之间的距离。磁偶极矩的方向,根据右手法则,是大拇指从载流回路的平面指出的方向,而其它拇指则指向电流运行方向,磁偶极矩的大小等于电流乘以线圈面积。 而将两个辐射单元(天线元或者阵元),也就是偶极子,按照一定方式排列的列阵天线,如果排列在直线上,称线阵天线(图一),如果排列在一个平面上,则称为面阵天线。而这里媒质是线性的,根据线性系统的叠加定理,列阵天线的辐射场就是这两个天线元辐射场的矢量和。并且适当地各天线元激励电流的大小和相位,就可以得到所需的辐射特性。从而也很好地讨论由相似天线元组成的线阵天线的方向性。 偶极子天线用来发射和接收固定频率的信号。虽然在平时的测量中都使用宽带天线,但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线。SCHWARZBECK偶极子天线的频率范围由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精确偶极子天线,特别适用于场地衰减和天线系数的测量。同时该天线为日本VCCI等标准机构指定的电波暗室和开阔场场地衰减测量等的唯一专用天线。该天线为众多实验室所采用,作为实验室的天线标准。   垂直天线实际上是一种偶极子天线。偶极天线由两根导体组成,每根为1/4波长,即天线总长度为半波长。所以偶极子天线叫半波振子。偶极天线的振子可以水平位置,也可垂直位置。它的方向图以馈电点为对称。馈电点在半波振子的中心。馈电点的阻抗为纯电阻,近似75Ω(约73Ω)。如果把两个1/4波长的振子延长再折回到中心,并连接在一起,则成了一个折叠偶极子天线,简称折叠振子。折叠偶极子天线的阻抗也是纯电阻近似300Ω(约290Ω),显示出较高的输入阻抗,与平行馈线构成的高阻传输天线在很多场合得到运用。把偶极子天线直起来,垂直于地面,则成垂直天线。如果“去掉”下部的1/4λ振子,则成不对称垂直天线。 这种情况是基于两个假设:   ①地面为“镜面”,地底下有1/4λ振子的“镜像”;   ②振子离开地面有足够的高度h。常用的垂直天线都是不对称天线,在水平向上各向同性。一种特殊的垂直天线,1/4λ振子辐射器下部还有四个径向单元。它用于40米和80米频段有较好的电离层反射效果。这种天线有个专门的名字叫马可尼天线。R7000等接收机配置的天线就属于这种天线。 各种偶极子天线型号工作频率范围备注: VHAP30~300MHz精确偶极子天线 UHAP300~1000MHz精确偶极子天线 VHA910330~300MHz半波偶极子天线- UHA9105300~1000MHz可调半波偶极子 VHAA911025~80MHz固定频率偶极子天线,1.7m长,5/10MHz频率间隔可 UHA9125C0.75~2GHz可调半波偶极子 UHA9125D1.5~3(4)GHz可调半波偶极子 FT01S47~860(1000)MHzFM、TV频段天线 除了实际直接应用于上述外,偶极子天线还可以应用于WLAN系统的双频印刷偶极子天线,该天线在带宽和方向图上都有很好的优势,不仅在带宽上比其他天线宽,而且在尺寸上也小的多。所以这个天线以其尺寸小、结构简单、性能好、造价低、便于集成的优势,可以满足WLAN的通信要求。在其他方面,医学上的偶极子治疗,物理上核能,地质和石油勘探,半波偶极FM天线等,并且在远距离耦合的RFID射频识别统(1m以上)使用很广泛。 目前对于偶极子天线的研究已处于成熟阶段,现实生活中得到广泛的应用,既是一些复杂的、功能强大地天线也要以它为基础。 (图一) 由简单分析得,列阵天线总的辐射场可分解为两项的乘积 : 第一项为中心激励偶极子产生的场,第二项叫做阵因子: 总的辐射电场的模为 因为 所以得: 根据以上的理论分析,从而可以对MATLAB仿真进行进一步的分析,并实现。 首先对MATLAB这个软件进行初步认识。 仿真目的: 通过对物理过程的动态仿真能够近似地还原物理过程,帮助我们更好的

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