天线的阻抗分析与测量

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1、郑州大学硕士研究生论文入阻抗。天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。它具有电阻分量民。和电抗分量置。，即Z自-如4-弘“(1．1)天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。2．天线的驻波比和回波损耗匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数、行波系数、驻波比和回波损耗。用的较多的是驻波比和回波损耗。电压驻波比(vSWR)用来评价负载接至无损耗传输线的不匹配程度。其

2、值在1到无穷大之间。驻波比为l，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。回波损耗[21等于反射系数绝对值的倒数的对数(单位为dB)。回波损耗的值在OdB到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。O表示全反射，无穷大表示完全匹配。1．3本文的主要内容基于以上所综述的问题，本文分5个章节对课题进行了讨论。第一章绪论：本章介绍了该课题的背景、基本概念和工作内容。第二章是本文的理论部分，详细介绍了计算天线输入(输出)阻抗的基本原理和方法，为测量方法的验证准备了理论基础。第三章天线的匹配是现在研究的热门课题，也是当今天线

3、设计面临的主要问题，本章介绍了宽带天线匹配网络设计的两种方法，对其基本电路图和基本原理、编程算法作了详细的研究。第四章天线阻抗测量方案的设计。针对安捷伦4396B网络分析仪，设计了两种测量天线阻抗和驻波比的方案。第五章针对几种天线，用前面所述的计算方法，计算机模拟出天线的输入阻抗，并测量出天线的阻抗，两者进行比较，分析误差，验证测量方案。并在天线阻抗测量结果的基础上，设计匹配网络。2第二章天线阻抗计算方法的概述2．1基本的解析法本节采用感应电动势法来推导对称振子输入阻抗的表达式，即在对称振子表面积分坡印廷矢量，得出对称振子外向复功率，而后归算于

4、最大输入端电流，即可求出输入阻抗。天线结构如图2-1所示。p-．-‘———叶一，—叫l_——'：葛●—一事纽Q多图2—1对称振子天线的的结构由于趋附效应，电流对称分布在圆周表面，电流可写为：1(z‘)-Lsin畴噎一胁一％“‘％柱坐标系中，可以求出坡印亭矢量【3】的表达式：S—l-，Re(雷×膏‘)一寺(一鲤日：，+缉日；)(2．1)(2．2)振子两端面的辐射可以忽略，积分仅在圆柱面上进行，振子的外向复功率为：只-f连一三Ep％z’)I-I‘，(p叱z‘彬纰’(2-3)由于坐标满足旋转轴对称性，外向复功率的积分与妒角无关，得：Pr-一勃耄Ep-

5、4，z’×叫(p一4，z。))出’(2．4)又由于露×膏一芦×面H：·三K，贝ⅡP，_一捱E(p鸭z’)f(z。膨’则最大电流的阻抗：，和壹～鹱驰_4'：VV№’2曩经过计算我们可以得到场强：Ez--．／丢r寻+百e-,r峨一s争孚，代入匕式得：3(2．5)(2．6)(2．7)郑州大学硕士研究生论文z。一毛+弘。-+，丢鸣咖昨呜+z’为xr!≠+譬一2co掣争≤‰前s缸昨呜硼【譬+譬～s(争等‰’，旺s，将上式的实部与虚部分开即4--兰-{I'。L。sin[畸“)】x【勘s争挚+挈+挈阱菇s纽雎专√)】×【一2cos够墅竽+堕掣+专堕拗以-三{

6、以-isin雎专“)】×【-2∞s(争!字+!!警+!壁孚弛’+fsin陆呜√)】×【_2cos(等)!号堕+皇里警盟+!璺喾堕体’}在计算上式第一式时，若L，)．a，可以忽略半径。因而可以A4-a-0，而r-z',足一言一z’，恐-言+z’，代入上式，并积分化简得出吃的表达式：心·60{c礼∞)一a∞)+寺sin(圮)x【彤(抛)一勰(乜)】+去∞s衅)בIc+ln争+O(2．kL)一2C_f(kL)lt(2．11)c为欧拉常数，c=O．57721。在计算上式第二式时，不能令a等于零。由第二式可以看出，包含马和R：项的贡献相同，则上式可以化

7、简为：以一丢鸣sin体专“)】x【_cos(争!壁警+!壁斧忙’+叠sin陬iL。)】×【一(争竺笋+竺孚蚍，-厩彳，墨-挺耐+口2，是-心埘∥，p毗代入上式，经过计算得：z。一30{2Si(kL)+cos(kL)【2＆(地)一sz(29)l—sin(托)【2a(地)一Ci(kL)一。仁为】)QJ2’式中＆0)和aO)为正弦和余弦积分函数。以卜两式分别表示归于最大电流的申．阳和电杭。输入电阻和电抗可以由以下转换4郑州大学硕士研究生论文公式得出小心。南(2．13)如白k毫旺14)我们通过用matlab编程计算，可以计算出对称振子的输入阻抗。2．2

8、改进型等效传输线法2．2．1经典等效传输线法等效传输线法【4l，是将长度为2L，半径为口的圆柱导体的对称振子等效长度为￡，特性阻抗为互，传播常数为’，