手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图.pdf

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1、手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图吴正琳天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。天线的基本单元就

2、是单元天线。1、单元天线对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。1.1用MATLAB画半波振子天线

3、方向图主要是说明一下以下几点：1、在Matlab中的极坐标画图的方法：polar(theta,rho,LineSpec)；theta：极坐标坐标系0-2*pirho：满足极坐标的方程LineSpec：画出线的颜色2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。也就是说这时的方向图只剩下一半。3、半波振子天线方向图归一化方程：Matlab程序：clearalllam=1000;%波长k=2*pi./lam;L=lam/4;%天线臂长theta=0:pi/100:2*pi;f1=1./(1-cos(k*L));f2=

4、(cos(k*L*cos(theta))-cos(k*L))./sin(theta);rho=f1*f2;polar(theta,abs(rho),'b');%极坐标系画图2、线性阵列天线2.1方向图乘积定理阵中第i个天线单元在远区产生的电场强度为：2jrieEKIf(,)iiiiriKr式中，i为第i个天线单元辐射场强的比例常数，i为第i个天线f(,)I单元至观察点的距离，i为第i个天线单元的方向图函数，i为第i个天线单元的激励电流，可以表示成为：IaejiBiia式中，i为幅度加权系数，B为等间距线阵中，相邻

5、单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。在线性传播媒质中，电磁场方程是线性方程，满足叠加定理的条件。因此，在远区观察点P处的总场强E可以认为是线阵中N个辐射单元在P处辐射场强之和，因此有：2jriN1N1eEEiKiIifi(,)i0i0riK=1f(,)若各单元比例常数i，各天线单元方向图i相同，则总场强表示为：2jriN1eEf(,)aejiBii0ri假设观察点P距离天线阵足够远，则可认为各天线单元到该点的射线互相平行。根据远场近似：对幅度：rri0对相位：rrid

6、cosi0ycoscossin因为y将(2.5)、(2.6)式带入(2.4)式，总场强可进一步简化为：N12ji(dcossinB)Ef(,)aeii0N12ji(dcossinB)F(,)aei定义式(2.7)中i0为阵列因子，则该式说明了天线方向图的一个重要定理——乘法定理。即阵列天线方向图函数E(,)等于天线单元方向图函数f(,)与阵列因子N12ji(dcossinB)F(,)aeii0的乘积。2.2、MATLAB仿真阵列天线方向图本文对

7、单元间距19mm，频率为8.5GHz的20单元的线阵方向图进行了仿真分析具体分析如下：根据仿真需求，完成天线仿真MATLAB程序如下：此程序能够完成各种线阵天线收发、和差方向图，应用此软件我们做了如下试验：2.2.1、和方向图对相位误差的敏感性分析A、理想条件下图方向图参数如下：频率：8.5GHz间距：19mm加权：泰勒加权-30dB波束指向：0°引入误差：理想条件，未引入相位误差。程序设置和方向图如下图：B、20°相位误差下图方向图参数如下：频率：8.5GHz间距：19mm加权：泰勒加权-30dB波束指向：0°引入误差：引入20°随机相位

8、误差。程序设置和方向图如下图：B、10°相位误差下图方向图参数如下：频率：8.5GHz间距：19mm加权：泰勒加权-30dB波束指向：0°引入误差：引入10°随机相位误差。程序设