《电波与天线》课件第5章.ppt

图5－18图5－193.创建空气盒

软件在计算辐射特性时，是在模拟实际的自由空间的情形。类似于将天线放入一个微波暗室。一个在暗室中的天线辐射出去的能量理论上不应该反射回来。在模型中的空气盒子就相当于暗室，它吸收天线辐射出的能量，同时可以提供计算远场的数据。空气盒子的设置一般来说有两个关键：一个是形状，另一个是大小。形状就像微波暗室一样，要求反射尽可能得低，那么就要求空气盒子的表面应该与模型表面平行，这样能保证从天线发出的波尽可能垂直入射到空气盒子内表面，确切地说，是要使大部分波辐射到空气盒子的内表面入射角要小，尽可能少地防止反射的发生。空气盒子大小，理论上来说，盒子越大越接近理想自由空间；极限来说，如果盒子无限大，那么模型就处在一个理想自由空间中。但是硬件条件不允许盒子太大，越大计算量越大。一般要求空气盒子离开最近的辐射面距离不小于1/4波长。我们所要设计的天线中心频率为1GHz，对应波长为0.3m，故我们所设置圆柱体空气盒，尺寸坐标如图5－20所示：图5－20设置完毕后，同时按下Ctrl和D键(Ctrl+D)，将视图调整一下后，再将空气盒air设置成辐射边界条件；

在操作历史树中选中air，单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击Radiation选项。此时HFSS系统提示你为此边界命名，我们把此边界命名为air。4.设置求解条件

(1)在Project工作区选中Analysis项，点击鼠标右键，选择AddSolutionSetup。

这时系统会弹出求解设置对话框，我们把参数设为：

求解频率为1GHz，最大迭代次数为20，最大误差为0.02，如图5－21所示。

(2)将求解的条件设好后，我们来看看HFSS的前期工作是否出现错误，在HFSS菜单下，点击validationcheck进行检测，如图5－22所示（或直接点击图标），检测通过后，显示如图5－23所示。

再次选中Project工作区的Analysis；点击鼠标右键，选中Analyze即可开始求解。图5－21图5－22图5－235.天线的HFSS仿真结果

经过求解后，来看如图5－24所示的天线的增益方向图。图5－24(1)选择菜单项HFSS/Radiation/InsertFarField/Setup/InfiniteSphere。

(2)在跳出窗口中，为了看天线的3D增益方向图，选择InfinteSphere标签，设置如下

Phi：（Start：0，Stop：360，StepSize：2）

Theta：（Start：0，Stop：180，StepSize：2）

选择菜单项HFSS/Results/CreateFarFieldsReport/3DPolarPlot，在跳出窗口中设置Solution：Setup1LastAdaptive；Geometry：InfiniteSphere1。

点击确认键后，最后可得该天线3D增益方向图如图5－26所示。图5－25图5－26 5.3电视发射天线

5.3.1电视发射天线的特点和要求

电视接收天线中只需接收某一方向的电磁波，因此我们在生活中常常会调整接收天线的方向以更有效地接收。而电视发射天线则不能仅仅向某个方向发射电磁波。它具有以下两个主要特点：

1.对发射天线的方向性要求

要求发射天线在水平面内无方向性，而在垂直面内有较强的方向性，以有效地利用电波能量，使能量集中于用户所在的水平方向，而不向上空发射。

2.对极化方式的要求

由于工业干扰大多是垂直极化波，因此我国的电视发射信号采用水平极化，即天线及其辐射电场平行于地面。5.3.2旋转场天线

我国的电视发射信号采用水平极化，即天线及其辐射场均平行于地面。这种对电视发射天线方向性的特殊要求，不可能由单一的水平天线实现，而将由一种特殊的水平极化的“旋转场天线”来实现。

什么是旋转场天线呢，我们先以由电流元组成的旋转场天线为例，说明它的工作原理。如图5－27所示为正交电基本振子及其坐标，两电基本振子分别沿x方向与y方向放置，且两电基本振子的电流大小相等，相位相差π/2，即I1=I2，相位差ψ＝π/2，则在电流元组成的xOy平面内的任一点上，它们产生的场强分别为归一化方向性函数，则有(5－19)其方向图如图5－27所示。式（5－19）表明，在xOy平面内，场强的大小与φ无关，均可达到最大值1，稳态方向图为圆。任何瞬时方向图同电基本振子的方向图相同，呈8字形，但这个8字形的方向图随着时间的增加，围绕z轴以角频率ω旋转，其轮廓是一个圆，属于圆极化波。图5－27