天线相位中心.doc

天线的相位中心天线的相位中心概念：天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心。一、天线等效相位中心的坐标的推导：1、利用远场格林函数公式，可以得到磁矢势的表达为 (1)2、 对方程(1)在整个求解空间进行积分，可以得到远场电场的表达式为 E(r)= (2) 方程(2)中的表示辐射源的坐标，即确定的坐标可得等效相位中心点坐标。3、 如果方程(2)中和电场相关量都是已知的，我们就可以分别确定的分量。 对于电场远场的相位，可以表示为： 在直角坐标系下，矢量可以表示为：4、 在x-z平面，电场远场的相位可以表示为 (3)5、 对方程(3)的左右两边同乘以，再对在0到的范围内进行积分，由于三角函数的正交性，消去了和相关的分量，得到表达式 (4)6、 波数，其中是自由空间的光速，f是天线的工作频率，我们可以得到的表达式为 (5)我们只需要将暗室测试所得到的电场相位，代入方程(4)，就可以确定出的z方向分量，即相位中心的坐标。7、 和确定的方法类似，我们可以分别得出的和分量的表达式，也即确定了天线等效相位中心点的坐标。最终的相位中心表达式如下所示 坐标取值范围截面表达式二、天线等效相位中心的程序实现上面的分析中，我们已经得到了等效相位中心的x,y,z坐标公式，只需要将微波暗室得到的远场相位数据在相应的面上导出，代入软件中计算即可得出相位中心坐标结果。该软件采用MATLAB语言编写，可在安装了MATLAB的MCRinstaller工具环境下运行。以下是使用新益技术SY24系统测量天线辐射数据，采用该软件计算中心频率为940MHz的一款dipole天线相位中心结果如下图所示：图一 软件及多频段相位数据图二 软件自动输出的txt文本结果三、天线等效相位中心程序的准确性验证对于等效相位中心程序的正确性，我们可以通过电磁仿真软件HFSS求得的相位中心坐标结果对比来进行验证。接下来，我们将通过HFSS建立的dipole天线模型和双频wifi天线模型的仿真结果来验证。1、3.0 GHz dipole天线验证在HFSS中建立如图所示的偶极子天线模型，以验证该方法计算天线等效相位中心的准确性。将偶极子天线中点（等效相位中心）放在（3mm, 4mm, 0.88mm）处。在HFSS中添加远场积分设置，分别用于计算天线相位中心的x, y, z坐标。X坐标的设置如下图所示，y, z坐标设置类似，只需要在相应的截面上设置积分范围和步长即可。 得到的相位中心结果如下图所示。通过对结果对比，我们可以知道HFSS利用等效相位中心公式求出的中心坐标=(2.979 , 3.927 , 0.765)mm。接下来我们将HFSS得到的数据导出来，利用phase-center程序计算仿真数据来验证程序的可行性。 将导出来的数据第一列换算成弧度制之后，存为相位中心程序可以读取的文本格式，程序计算出来的结果如下。从上图给出的结果我们可知，使用MATLAB编写的相位中心计算软件算出来的结果和HFSS算出来的结果吻合，证明了该软件计算上的正确性。2、双频wifi天线验证 接下来将对双频WiFi天线的HFSS和相位中心软件的计算结果的对比来证软件计算结果的准确性。双频天线的模型和仿真结果如下图所示。该天线在2.45GHz和5.3GHz分别有一个谐振点，相位中心的计算过程和dipole天线一样，两个频点的相位中心结果如下图所示。用相位中心软件将HFSS的远场数据进行计算，得到下图的结果。两组结果的对比表面，只要导入的远场相位数据正确，该软件就能