试验一电基本阵子及对称阵子辐射分析

1、实验一电基本阵子及对称阵子辐射分析一、实验目的：通过MATLAB程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响二、实验环境：MATLAB：件三、实验原理：1. 电基本振子的辐射电基本振子（Electric Short Dipole ）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直 导线，其长度l远小于波长入，其半径a远小于1,同时振子沿线的电流 I处处等幅同相。 用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂大线辐射特性的基础。eEreyH .:图3-1电基本振子的坐标电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为：Hr =0H厂

2、0H 芒=-sinu(jK . £)e火4 二 r r2(2-1)匚 Il 2,k .1、wEr =cos(" - j；)e4" ；0r r2Il1kk1 jkrE=Asm(j - j)e4” 0rrE =0电基本振子的辐射场可以分为近区场和远区场。如果kr<<1即（r<<入/（2兀）的区域称为近区，近区场的另一个重要特点是电场和磁场之间存在兀/2的相位差，于是坡印廷矢量的平均值为0,能量在电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，所以近区场也称为感 应场，本实验不涉及。本实验计算的远区场 kr>>1 （即r>>入/（

3、2兀）的区域称为远区），在此区域内，电基本振子满足条件:11123kr (kr) (kr)则远区场表达式为:H= j sin8eikr迎UinHe或 赤rHr = He=Er =E = 0JE/j(2-2)可见场强只有两个相位相同的分量（EQ ,H力）。根据方向函数可定义:(2-3)可得电基本振子的方向函数为：(2-4)f（是）=f（）= |sinB根据归一化方向函数定义：F("')f(")fmaxU ')ES,)max(2-5)（2-6）。方向图就是与大线等 依据归一化方向函数而绘可得电基本阵子归一化方向函数为:F（ 0 ,（）=|sin 0 |将方向函数

4、用曲线描绘出来，称之为方向图 （Fileld Pattern） 距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。出的为归一化方向图。在实际中，工程上常常采用两个特定正交平面方向图。在自由空间中，两个最重要的平面方向图是E面和H面方向图。E面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。方向图可用极坐标绘制，角度表示方向，矢径表示场强大小。2. 对称阵子的辐射对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a,长度为l。两臂之间的间隙很小， 理论上可忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身

5、已可以构成实用大线。图3-2对称振子结构及坐标图由教材可知对称阵子辐射场为EGAjsinu 1r 1sink(一 z)ejkzco9z= j 秋呻腥赫)co瑚)ejsin(2-7)根据方向函数的定义，对称振子以波腹电流归算的方向函数为f(” =Ee)cos(kl cosB) cos(kl)60Im/rsinB(2-8)上式实际上也就是对称振子 E面的方向函数I = 0.丸i = 0.65I = 0.7，。图3-3 对称振子E面方向图四、实验内容及步骤：内容：根据电基本阵子和对称阵子的方向函数利用MATLAB程并画出其方向图。步骤一：编写MATLAEg序，并保存为*.M文件(*代表文件名自起)，

6、详细程序如下：%此程序是通过输入偶极子天线的长度及工作波长绘出其方向图lamda=input('enter the value of wave length='); %输入波长l=input('enter your dipole length l= '); %输入偶极子天线长度2L (注意不是单个振子长度L）ratio=l/lamda;B=(2*pi/lamda);theta= pi/100:pi/100:2*pi;if ratio<= 0.1分析是否是短偶极子天线E=sin(theta);En=abs(E);polar(theta,En) %天线在方向图

7、中水平放置elsef1=cos(B*l/2.*cos(theta); %不是短偶极子天线则可用公式（2-8）进行计算f2=cos(B*l/2);f3=sin(theta);E=(f1-f2)./f3;En=abs(E);polar(theta,En) %天线在方向图中水平放置end在MATLAE打开编写的*.M步骤二文件，阅读并分析整个程序，分析每条语句的作用，学习每个命令函数的用法。 将程序中的内容和原理部分相对照，找出所编写程序的理论依据， 分 析程序为什么对公式这样处理。步骤三输入波长入=10,天线长度2L=2,画出天线方向图:图3-4天线长度为2时的方向图步骤四:输入波长入=10,振子

8、长度2L=4,画出天线方向图:步骤五：输入波长步骤六：输入波长图3-5天线长度为4时的方向图=10,振子长度 2L=13,画出天线方向图:图3-6 天线长度为13时的方向图=10,振子长度 2L=15,画出天线方向图:图3-7 天线长度为15时的方向图步骤七：输入波长入=10,振子长度2L=20,画出天线方向图:图3-8天线长度为20时的方向图步骤八：输入波长入=10,振子长度2L=30,画出天线方向图:如3270图3-9 天线长度为30时的方向图步骤九：与图3-3进行比较，体会振子长度对方向图的影响，方向图发生了哪些变化？分析为什么常用天线多为半波偶极子天线和全波偶极子天线？将实验过程及结果连带分析总结写入 实验报告。五、实验小结通过MATLAB程，熟悉电