实验五 对称振子天线的设计与仿真及实验小学学校乡村少年宫建设中长期规划-

实验五对称振子天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个对称振子天线2.查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向二、实验设备装有HFSS13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理1、电流分布对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。假设天线沿z轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|)，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l=λ/4.则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin（π/2-kz）=Imcos（kz）。首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。2、辐射场和方向图已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。式中，称为半波偶极子的方向性函数。3、方向系数：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，长度为I。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布，忽略振子损耗。根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称;超过半波长就会出现反相电流。在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)，长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。四、实验内容利用HFSS软件设计一个近似理想导体平面的UHF对称振子天线。中心频率为0.55GHz，采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构。最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。五、实验步骤.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSSOptions中讲DuplicateBoundarieswithgeometry复选框选中。2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。（2）在弹出的SolutionType窗口中(a)选择DrivenModal。(b)点击OK按钮。3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。（2）在设置单位窗口中选择：in。4.设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的默认材料为copper。5.创建对称振子模型（1）创建ring_1。创建圆柱ring_inner：中心在坐标原点，半径为0.31in，高为5in；创建圆柱ring_1:中心在坐标原点，半径为0.37in,高为5in；用ring_1将ring_inner减去，使之成为一个圆环柱体。（2）创建ring_2。(a)Ctrl＋A选中ring_1。(b)在菜单栏中点击Edit>Copy。(c)在菜单栏中点击Edit>Paste。(d)在3D模型的操作历史树中将ring_2的CreateCylinder半径改为0.5in；ring-inner1的CreateCylinder半径改为0.435in，。（3）创建Arm_1。长方体的起始点位置坐标:X：-0.1，Y：-0.31，Z：5.0；长方体的X、Y、Z三个方向尺寸：dX：0.2，dY：-4.69，dZ：-0.065（4）将已建立的模型组合起来。将建立好的ring_1、ring_2及Arm_1组合成为一个模型。（5）创建Centerpin，即同轴线的内导体，半径为0.1inch，高度为5.1inch。（6）创建对称振子的另一臂Arm_2。长方体的起始点位置坐标：X：-0.1，Y：0.0，Z：5.1；长方体的X、Y、Z三个方向尺寸：dX：0.2，dY：5.0，dZ：-0.065（7）创建Groundingpin。圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：1.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.0625，dY：0.0，dZ：0.0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.1（8）将已建立的模型组合起来。6.创建波端口（1）创建端口圆面模型，半径为0.31in。（2）设置波端口，并将该端口命名为p1选择NewLine，在坐标栏中输入:X：0.31，Y：0.0，Z：0.0；dX：-0.21，dY：0.0，dZ：0.07.创建辐射边界（1）设置默认材料为真空（vacuum）。（2）创建Air。长方体的起始点位置坐标：X：-5.0，Y：-10.0，Z：0.0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：10.0，dY：20.0，dZ：12.0（3）设置辐射边界，将辐射边界命名为Rad18.创建地板gnd_plane9.辐射场角度设置在InfiniteSphere标签中，做如下设置：Name：ff_2dPhi：（Start：0，Stop：90，StepSize：90）Theta：（Start：-180，Stop：180，StepSize：2）10.求解设置（1）设置求解频率。SolutionFrequency:0.55GHzMaximumNumberofPasses:10MaximumDeltaSperPass:0.02（2）设置扫频。SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:0.35GHzStop:0.75GHzCount:40111.保存工程12.求解该工程13.后处理操作（1）S参数（反射系数）。(a)绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是S11。(b)在Trace窗口中做以下设置：Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep(c)点击Y标签，选择：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)；Function:dB，然后点击AddTrace按钮。点击Done按钮完成操作（2）2D辐射远场。(a)在菜单栏中点击HFSS>Results>CreateReport。(b)在创建报告对话框中做以下选择：ReportType:FarFieldsDisplayType:RadiationPattern六、实验结果仿真图如下：对称阵子的反射系数曲线如下：由上图可知，在天线的中心频率0.55GHz，反射系数S_11约为-16.03dB。转换成驻波比指标，ρ约为1.36，满足实验设计要求。对称阵子的远场增益方向图如下：由上图可知，由于理想导体平面的存在，存在水平角φ=0.90时天线都被抬高了。最大辐射方向出现在仰角θ=0处（正Z方向），其增益约为8.1462dB。七、问题思考及小结设计一个天线，无论是作为发射天线还是接收天线，我们都很关心其方向参数输入阻抗参数、增益参数、频带宽度等参数。这里也主要就上诉几个参数来讨论半波偶极子天线的优缺点。1、对阵子天线在轴向无辐射2、对阵子天线的辐射与其电长度密切相关。当电长度小于0.5时，波瓣宽度最窄，在垂直与轴向的平面内辐射最强，随着电长度的增加，开始出现副瓣，主瓣宽度变宽，最大辐射方向发生偏移。3、对阵子天线的输入阻抗受频率影响很剧烈，说明宽频带时其较难实现负载匹配，所以相对应的频带宽度也较窄。4、在谐振频率附近时，天线的输入阻抗接近传输线的特性阻抗，实现匹配较易，而且在中心频率附近，电波的传输特性也最好，从而可以实现较大效率的功率传输。5、通过对实验得到结果的分析，不难发现，对阵子天线的诸多特性与电长度关系很大，所以可以通过调整天线的电长度来实现不同功能和要求的对阵子天线应用。6、半波偶极子的输入阻抗还与天线的粗细有关。通过本次HFSS天线仿真实验，我更加深入的了解天线的结构、原理和用途。最开始在实验时由于粗心设置模拟单位时没有设置成in，导致结果出不来，重新设置之后，问题解决。松桃实验小学乡村少年宫建设中长期规划为贯彻落实中共中央、国务院《关于进一步加强和改进未成年人思想道德建设的若干意见》，积极探索以“乡村少年宫”为主要形式，扎实推进农村未成年人活动场所建设的有效办法，促进城乡教育均衡发展，深入挖掘学校内部的教育资源，不断丰富农村未成年人的精神文化生活，提高农村未成年人的整体素质。根据我校少年宫实际情况，特制定如下建设规划：一、指导思想以科学发展观为指导，贯彻落实中央文明办《扎实推进“乡村少年宫”建设，深化农村未成年人思想道德建设工作》的意见，全面贯彻落实党的教育方针，积极探索乡村学校少年宫的发展方向和目标，扎实推进学生艺体活动，搭建艺体育人平台，促进学生健康成长和全面发展。二、办学目标为了使农村孩子受到和城里孩子同样水平的教育，促进城乡教育的均衡发展，我们要充分利用学校现有的活动场所和教育资源，培养学生广泛的兴趣和爱好，满足孩子们的课外活动需求，实现快乐学习、快乐活动、健康成长、全面发展，促使“乡村少年宫”成为青少年喜欢的活动场所、家长放心的教育阵地、村民和社区居民满意的文化中心，推动农村精神文明建设再上新台阶。三、工作原则（一）公益性原则始终把公益性放在首位，明确规定不开展以营利为目的的经营活动，平时面向所有在校学生，周末和节假日向社会开放。（二）基础性原则通过开展各种生动活泼、健康有益的活动，对以未成年为主的社区居民进行科技、艺术、心理、体育等基础知识和基本技能的普及和熏陶，提高他们的文明素养和综合素质。共建共享原则主要依托学校管理和建设，同时，联合社区、周边单位和社区学校共建，使各类教育资源共建共享，利于长效运行。（四）特色发展原则按照学校中长期发展的要求，结合学校发展特色，根据学生发展需要，努力打造特色项目和优秀品牌（苗族花鼓和刺绣）。四、工作内容1、围绕素质教育的实施，进一步转变教育观念，深化课程教学改革，整合教育资源，建设具有时代精神、地区特点的少年宫教育活动场所。2、打造一支充满活力、富于创新，适应教育现代化要求，具有良好师德和专业素质，满足少年宫教育发展需求的师资队伍。3、完善少年宫教育活动体系，加强未成年人道德与艺体实践，形成少年宫教育活动的规范化、制度化。学习、借鉴先进的教育活动理念和经验，不断扩大学校少年宫教育活动的影响。4、加强科学研究，不断提高少年宫教育活动的现代化水平，大幅度、全面提高教育活动的质量和水平。5、强化少年宫教育活动的示范、指导职能，深化“艺体教结合”，促进乡村学校少年宫艺术教育整体水平的不断提高。五、工作思路（一）成立机构学校成立乡村少年宫领导小组，负责具体实施建设乡村少年宫，主任由校长兼任，另设管理人员两人。（二）统一思想校内充分利用广播、黑板报、橱窗及班会等形式，加大宣传力度。通过宣传，让全校教师、学生、家长深刻领会实施这一工程的重要意义，为全面实施素质教育创造良好氛围。（三）服务对象与组织管理以本校学生为主，周末、节假日向学校周边未成年人开放，由学校统一管理。（四）开放时间及内容公益性项目时间安排在下午课外活动时间和周六、周日。内容：公益性项目开放图书室、阅览室、田径场、篮球场、羽毛球场、乒乓球场、影视室、棋艺室、多媒体活动室等。总体要求：活动项目全面而有特色，学生参与面广，特色活动纳入纳入校本课程，有课程方案指南，目标明确，内容有特色，符合学生的实际，课程开设有管理措施。思想品德和心理健康教育活动。结合国内外大事、重大纪念日、民族传统节日、古今中外名人故事、新时期各行各业英雄模范人物的事迹，通过生动活泼的形式开展爱国主义、集体主义、社会主义的宣传教育活动。对孩子进行政治、思想、道德和心理品质教育。重点是大力推进“做一个有道德的人”的道德实践活动、感恩体验活动等。开放道德讲堂、心理咨询室、阅览室等场所。体育休闲活动。积极开展阳光体育运动，保证学生每天有一小时体育活动时间（含体育课）。开设篮球、乒乓球、羽毛球、跳绳、踢毽子、像棋等。文化艺术活动。成立学生兴趣小组“手工工作室”，组织不定期的师生才艺展示活动，利用广播操、周会等机会提供舞台，让师生展示，提升师生的艺术素养。重点做好合唱团、花鼓队、书画班、刺绣班等活动。开设声乐、舞蹈、古筝、摄影、创意美劳、儿童画、素描、书法等特色课程。4、生活劳动与社会实践活动。充分利用原有资源建立生活劳动和社会实践基地，通过参加社会公益劳动、社会实践锻炼和以学工、学农、学军等方式，对孩子进行热爱劳动、尊重劳动人民的教育和生活劳动技能培训，培养自立、自强的品格和艰苦奋斗的精神，提高交往、合作和服务的社会能力。六、保障措施今后三年，松桃实验小学少年宫将从“规划”视角，谋求少年宫的科学发展；从“品质”视角，实现少年宫的内涵发展；从“现代”的视角，探索少年宫的有效管理；从“培训”视角，培养少年宫的高质队伍；从“展示”视角，提高少年宫教育活动水平。1、建立完善的各项规章制度与措施，设置以校长为主要负责人的责任管理体系，加强少年宫各项规划。成立以松桃实验小学校长为乡村学校少年宫主任、副校长为副主任、学校中层干部为成员的工作领导小组。领导小组重视抓好少年宫管理队伍的建设，充分发挥学校教师的重要作用，在教师中开展乡村学校少年宫建设“金点子”征集活动，群策群力，确保工作成效。加强辅导员队伍建设，有计划地组织辅导员学习培训，定期召开辅导员工作会，交流工作经验与体会。2、做好宣传动员工作，进一步达成共识。充分利用广播、校园网、黑板报、橱窗及班会等形式，加大宣传力度。通过宣传，让全校教师、学生、家长深刻领会建设乡村学校少年宫的重要意义，为全面实施素质教育创造良好氛围。3、加强师资队