《太原理工大学现代科技学院微波天线及技术课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太原理工大学现代科技学院微波天线及技术课程设计（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计名称全波振子加引向器专业班级信息13-1班学号2013101269姓名陈凯指导教师李鸿鹰课程设计任务书注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面一任务书一说明书一图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）专业班级信息13-1学生姓名陈凯课程名称微波技术与天线课程设计设计名称全波振子+引向器设计周数1.5周指导教师李鸿鹰设计任务主要设计参数1熟悉HFSS仿真平台的使用2熟悉微带天线的工作原理与设计方法3在HFSS平台上完成如下微带天线的仿真设计设计要求如下：频率：300Mhz4结合同组其他同学的设计结果完成对于该天线结构参数与性能之间关系的
2、探讨5在1.5周内完成设计任务设计内容设计要求6.8:分组、任务分配、任务理解6.9：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案设计。6.216.23:熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。6.24:同组同学结果汇总及讨论6.25：设计说明书的撰写在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。主要参考资料刈学观，微波技不与天线，西女电子科技大学电出版社，2012顾继慧，微波技术，科学出版社，2007李明洋，HFSS应用设计详解，人民邮电出版社，2010学生提交归档文件1设计报告2工程文件专业
3、班级信息13-1学号2013101269姓名陈凯成绩设计名称：全波振子.+引向器一、设计要求：全波振子.+1个引向器完成天线.的设计。二、天线基本理论：天线是一种用来发射或接受电磁波的器件，.它将传输线中的导行电磁波波，变换成自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。.装1.天线的功能及应用:a）天线.的功能在无线电通信、广播、电视以及雷达、导航等系统中，均需利用无线电波来传递信息。而天线是这些系统中用以辐射或接收无线电波的部件。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。.天线是任何无线-电系统或设备中不可缺少的基本组成部分。天线应具有一定的方向性：定向辐射或接收无线电波。有
4、效地利用天线的辐射功率或提高天线的信噪比，方向性是天线的一个重要技术指标，根据任务的不同而不同。.天线又是一个极化器件，在同一系统中收、发天线应具有同一极化形式，.若不一致，则会产生极化失配，将降低传输效率。订b）天线的应用.天线广泛应用与通信领域，涉及飞机、航天器、船只或者陆上交通工具的移动通信时需要.使用天线；.涉及移动电话也离不开天线；.对于广播电台.、电视台、移动基站，一个传输终端可以支持大量.的接收用户，而这些.用户可能是移动过程中的.，此时通常要采用天线收发信息。遥感和探测等领域同样离不开天线，遥感系统既可以有源（如雷达）也可以无源（如辐射计），并且各自接收来自物体的散射和固有辐射
5、，接收信号经过处理后产生关于物体或环境的信息。天线设备在两种典型的无线电系统中的地位，如图所示。发财机接收天线樓收机天线开黄发L接射收机机显示设备天线天线在无线电系统中的应用2. 天线的分类一按工作频段划分：超长波.长波、中波、短波、超短波和微波天线;按用途划分：通信、广播、电视、雷达、导航和测向天线等;按辐射方向划分：.全.向天线、定向天线;按外形划分：偶极予天线、T形、菱形、环形、螺旋、喇叭、反射面以及透镜天线等等。.按形状划分：线天线.（导线或金属棒构成）.一、面天线（金属面或介质面构成）。线天线主要用于长波、短波和超短波；面天线主要用于微波波段。3. 电基本振子的辐射.给出在球坐标原点
6、沿.z轴放置的电基本振子在各向同性理想均匀无限大冃由空间的表达一式：IaI2eN.0IaI110,丄兰r3r21A11jk_jkrHsin2e4兀Vr2r.丿Hr=Hv-E=0jkre注:；-；0=36兀相移常数k=2：/0;k2-.2；00波阻抗二旦=120（远区场）Hepa）近区场.叫sin：IaI2-Er=j3cos日当kr1时称为远区场，此时当kr1时称为远区场，此时1A1.jkrH=jsinre2人rEr0Hr二HrE=0此时.，有电场和磁场两个分量在空间相互垂直且与一r一矢径方向垂直,.三者构成右手螺旋系,1*统。电场、磁场在时间上同相，其复坡印延矢量S=EH是实数，为有功功率且指
7、向r增2加的方向上。二者比值为一实数020二，所以仅需讨论二者之一。且.电基本振子远区场是沿着径向向外传播的横电磁波TEM在P=01800方向上辐射为一Q在日=90方向辐射最强方向图：.E面（包含振子轴）为一个8字形，H面（垂直振子轴）为一个圆。c）辐射功率.2nn呻R=肿出二Sr2sindd00式中.一s为-平一均复-一坡旦-延一矢-量亠一-且S=*|EH|er=er,将-其-代入-上-式-得.240二2r2sin:。此式为计算辐射功率的一般公式。将远区场模值代入上式有：=40IA.d）辐射.电阻.为了分析计算方便，引入辐射电阻概念，将天线向外卜辐射的功率等效为在电阻上的损耗，此电阻称为辐射
8、电阻用输入电流来归算的称为归算于输入电流的辐射电阻R。，用波腹电流来归.算一的称为归.算于波腹电流.的辐射电.阻R。显然电基本振子.的辐.射也阻.为R二卑=801磁基本振子的辐射在进行磁基本振子辐射分析时.可以采用对偶性原则。.对称形式麦克斯韦方程如下:.-cE可xH=名+JAEJm注：Jm磁流密度，?m磁荷密度Ct礼D=P兀B=Pm上式第二个方程右端两项有负号，是因为电流产生的磁场的方向是按右手螺旋定则定出.的，而磁流产生的电场方向与之相反，是按左手螺旋定则定出的。将上式中的电磁场分解为电荷与电流产生一的场强Ee和一He及磁荷和.磁流产生的场强一E_M和HM即E=Ee+EM和H=He+H。他
9、们分别满足下列麦克斯韦方程:HM即E=Ee+EM和H=He+H。他们分别满足下列麦克斯韦方程:、H-：Ee-：EM_：t；:H-JftI_Dm=0亘Be=0H_bm=Pm比较上面两个式子是完全对称的，其对偶量如下:Ee与皿,He与-Em,j二与M，与5天线主要参数：天线的电特性通常用效率、输入阻抗、方向性、极化、增益系数、工作频带宽度等参数。.同一天线作为收、发时的电参数在数值上是相同的，收、发天线具有互易性。1）天线效率一天线效率为天线辐.射功率Pr与天线输入功率.一Pn（辐射功率与天线内所消耗的功率Ps之和）之比。即PrPrA-PnPrPs上式还可用天线输入端的辐射电阻.Ro和损耗电肚Rs
10、表示，即.i-E-_APrPsPrPs可见，要提高天线的效率，应尽可能增大辐射电阻和降低损耗电阻。2）方向性系数.为了定量表示天线辐射功率在空间的集中程度，我们采用方向性系数.D，并定义如下;在相等的辐射功率下，.受试天线在其最大辐射方向上某点产生的功率密度与一理想的无方向性天线在同一点产生的功率密度的比值，定义为受试天线的方向性系数。表示为S。为无方向性天线的辐射功率密度;Smax为天线在最大辐射方向上的功率密度。SmaxEmaxS0产相同IE0I2D二入相同考虑到P.与R.的关系，又可以写成.：.1刎flaxD=!Rz由定义可知，由于天线在各个方向辐射强度不.同，方向性系数.D也不同，一般
11、所讲的某天线的方向性系数，都是指最大辐射旳方向性系数(除注明方向.)，并且实际天线旳方向性系数都是大于的。3) 增益系数一天线增益系数等于天线效字与其方向性系数.D的乘积，即G二D。天线增益比天线.方向性系数更全面地反映了天线的性质。天线增益不仅考虑了方向性引起的场强变化,.还考虑了天线效率对场强的影响。天线增益系数一般可用分贝.(dB)表示，即.G(dB)=10logG在工程上，人们常把上述定义的增益称为“绝对增益”.，而把相对于某一特定的作为参考标准的天线增益称为“相对增益”.。4) 方向图.辐射方向图简称为方向图，是方向函数一f(L7)的图示。.方向图形象、直观、弥补了方向函数.的抽象性
12、。.复杂天线系统，其很难求解出较为准确的方向图函数的解析表达式，.此时.必须借助测量得到的数据绘岀方向图，以了解天线的辐射特性。E面方向图由最大.辐射方向(-Qmax.収maX.和该方向上远区电场.E的方向所确定的.ES.,与立.体方向图相截，所得的平面方向图。H面方向图:由最大辐射方向(一Q_max.卫一max)一和该方向上远区磁场上的方向所确定的的H面，一与立一体方向图相截，所得的平面方向图。5) 输入阻抗一=RinjXinI0为使天线能获得最多的功率，.应使天线与馈线匹配，.就需要知道天线的输入阻抗。.一天线旳输入阻抗.Zin为输入端电压与输入端电流之比。.即.Zin输入电阻对应于天线辐
13、射的功率和天线系统损耗输入阻抗一般包括输入电阻和输入电抗。一的功率，即一Rin=Rr0RsRs为从输入端计算的损耗电阻，输入电抗对应于天线周围感应场的无功功率。6)工作频带天线工作频带的含义与电路频带的含义相类似丄它是指天线在工作时能符合某种技术要求的频率范围。一对于只有一个频率或几个频率相距很近的通信设备而言.天线的频带宽度无需考虑。但对于具有两个以上频率.，而且频差又较大的通信设.备.，就不能不考虑天线.的频带宽度。三、八木天线旳分析与设计.1J育瀰振子引向壽八木天线示意图-八木天线(YaGiAntenna)也叫引向天线或波导天线，.八.木.天线的优点是结构简单、.馈电方便、重量轻、便于转动，并.有一定的增益。缺点是颇带窄，增益不够高，因此常排成阵列使用它在超短波和微波波段应用广泛八木天线是由一个有源激励振子(Driver_Element)和若干无源振子组成，-所有振子都平.行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通(也可用非金属二二木方)固定。八木天线长.度是由反射器至最前的一个导向器的距离通常收发机的天线输出端,.都只是接到八木天线的.有源振子反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接,.但在有源振子作用下，两者都会.产生感应电压和电流，其幅度各相位
