实验一_电基本阵子及对称阵子辐射分析

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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编程，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软件三、实验原理：1．电基本振子的辐射电基本振子（ElectricShortDipole）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λ，其半径a远小于l，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天线辐射特性的基础。图3-1电基本振子

2、的坐标电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为：（2-1）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<<λ/(2π)）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π/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>>λ/(2π)的区域称为远区），在此区域内，电基本振子满足条件：则远区场表达式为：（2-2）可见场强只有两个相位相同的分量（Eθ,Hφ）。根据方

3、向函数可定义：（2-3）可得电基本振子的方向函数为：（2-4）根据归一化方向函数定义：（2-5）可得电基本阵子归一化方向函数为：F(θ,φ)=

4、sinθ

5、（2-6）将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图(FileldPattern)。方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。依据归一化方向函数而绘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

6、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，本身已可以构成实用天线。 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（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：（2-8）上式实际上也就是对称振子E面的方向函数图3-3对称振子

7、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编程并画出其方向图。步骤一：编写MATLAB程序，并保存为*.M文件（*代表文件名自起），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('enterthevalueofwavelength=');%输入波长l=input('enteryourdipolelengthl=');%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/l

8、amda);theta=pi/100:pi/100:2*pi;ifratio<=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步骤二在MATLAB中打开

9、编写的*.M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λ=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λ=10，振子长度2L=4，画出天线方向图：图3-5天线长度为4时的方向图步骤五：输入波长λ=10，振子长度2L=13，画出天线方向图：图3-6天线长度为13时的方向图步骤六：输入波长λ=10，振子长度2L=15，画出天线方向图：图

10、3-7天线长度为15时的方向图步骤七：输入波长λ=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λ=10，振子长度2L=30，画出天线方向图：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编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特