第一章天线的方向图1
天线方向图
1、仿真方向图基于如下定义天线与坐标的关系：天线安装在球坐标的原点上，天线法向（与安装平面垂直）或轴向为z轴，指向天顶，如下图所示。Theta（θ）面方向图：指phi取恒定值的平面；theta从0到360°，其中0～180°对应球坐标中x>0的0～180°，180～360 对应球坐标中x<0的180～0°，方向图均为功率方向图。对于喇叭、微带天线等定向辐射天线而言，通常所说的E、H面是theta面的两个特例。Phi（φ）面方向图（水平面）：指Theta 取恒定值的锥面，phi从0到360°。E-theata分量（垂直面）：Theta＝0°附近对应为水平极化分量的一部分（垂直极化振子天线的零点区域，即垂直振子无水平极化分量，常规微带天线水平极化分量大）；Theta＝90°附近时，对应垂直极化分量（垂直极化振子天线的最大辐射区域，即垂直振子为垂直极化天线，常规微带天线垂直极化分量较小，约－8dBi）。E-phi 分量：电场矢量与z轴垂直，theta＝0°附近对应为水平极化分量的一部分；theta＝90°附近时，对应全部水平极化分量。总场：Etheta与Ephi的之合成，或者垂直与水平分量之合成，相当于分集接收的效果。天顶 2、方向图形状定义为了形象地描述某些具有一定特征的天线方向图，定义几个名词，仅限于本网站，与其它场合可能有所区别。名词轴向增益θ＝0°低仰角θ＝80°旋转对称性典型形状典型天线桃子形方向图5 -4 Y 微带天线、振子天线半球形方向图 2 0 Y 四臂螺旋天线、特种微带天线南瓜形方向图-1 1 Y 四臂螺旋天线、特种微带天线全向方向图<-10 2 Y 振子天线、特种微带天线偏轴方向图0 3 N 特种微带天线葫芦形方向图-10 3 N 特种微带天线 实例： l “葫芦形”方向图。 最大辐射方向：＋Y，－Y轴方向，适用于需要覆盖狭长空间的场合 l 体积小：相当于普通微带天线的尺寸 l 相对带宽：约5.5％（VSWR<1.5），13%（VSWR<2） l 可以增加第二个频率的微带天线，半球形方向图，厚度增加约4mm。 l 天线形式：微带天线 l 极化：垂直线极化（E-syt） l 3dB波束宽度：水平面（=90°）70°，垂直面（＝90°）110° l 增益：>4dB（两个主瓣方向） l 安装方式：微带天线面位于球坐标的XOY平面，可以直接安装在金属体上，也可以安装在非金属介质上，方向图稍微有变化。 仿真实例：1.9GHz通讯天线 仿真结果：
试验四天线方向图测量试验
实验四 天线方向图测量实验 一、预习要求 1、什么是天线的方向性？ 2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？ 二、实验目的 1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义； 2、了解天线方向图形成和控制的方法； 3、掌握描述方向图的主要参数。 三、实验原理 天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。 它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方 向图就行了。 图7 立体方向图 天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1o的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强max `)(E E ?θ表示。这里，)(`?θE 是任一方向的场强值，max E 是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。
阵列天线方向图的初步研究
通信信号处理实验报告 ——阵列天线方向图的初步研究 11级通信（研） 刘晓娟 一、实验原理： 1、智能天线的基本概念：智能天线是一种阵列天线，它通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，即自适应或以预制方式控制波束幅度、指向和零点位置，使波束总是指向期望方向，而零点指向干扰方向，实现波束随着用户走，从而提高天线的增益，节省发射功率。智能天线系统主要由①天线阵列部分；②模/数或数/模转换部分；③波束形成网络部分组成。本次实验着重讨论天线阵列部分。 2、智能天线的工作原理：智能天线的基本思想是：天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个期望信号，来自窄波束以外的信号被抑制。 3、方向图的概念：以入射角为横坐标，对应的智能天线输出增益为纵坐标所作的图称为方向图，智能天线的方向图有主瓣、副瓣等，相比其他天线的方向图，智能天线通常有较窄的主瓣，较灵活的主、副瓣大小、位置关系，和较大的天线增益。与固定天线相比最大的区别是：不同的全职通常对应不同的方向图，我们可以通过改变权值来选择合适的方向图，即天线模式。方向图一般分为两类：一类是静态方向图，即不考虑信号的方向，由阵列的输出直接相加得到；另一类是带指向的方向，这类方向图需要考虑信号的指向，通过控制加权相位来实现。 二、实验目的： 1、设计一个均匀线阵，给出λ（波长），N （天线个数），d （阵元间距），画出方向图曲线，计算3dB 带宽。 2、通过控制变量法讨论λ，N ，d 对方向图曲线的影响。 3、分析旁瓣相对主瓣衰减的程度(即幅度比)。 三、实验内容： 1、公式推导与整理： 权矢量12(,,......)T N ωωωω=，本实验旨在讨论静态方向图，所以此处选择 ω=(1,1,......1)T 。 信号源矢量(1)()[1,,...]j j N T a e e ββθ---=，2sin d πβθλ = ， 幅度方向图函数()()H F a θωθ== (1)1 sin 2sin 2N j n n N e β β β--== ∑=sin(sin /)sin(sin /)n d n d πθλπθλ。
天线的方向图测量(设计性试验)
中国石油大学近代物理实验报告 班级：材料物理10-2 姓名：同组者：教师： 设计性实验不同材质天线的方向图测量【实验目的】 1．了解天线的基本工作原理。 2．绘制并理解天线方向图。 3．根据方向图研究天线的辐射特性。 4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。 【预习问题】 1．什么是天线？ 2．AT3200天线实训系统有那几部分组成，分别都有什么作用？ 3．与AT3200天线实训系统配套的软件有几个，分别有什么作用？ 【实验原理】 一．天线的原理 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在 结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-1给出 由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。 开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分 布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流 方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发 的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反 而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b 所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就 不能抵消，辐射将会逐渐增强。当两线完全张开时， 如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它 们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相 位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使 辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由 末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。 图B3-1 传输线演变为天线a. 发射机 c. b.
手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图
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*pi rho：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： clear all lam=1000;%波长 k=2*pi./lam;
天线方向图测试系统操作说明
大连理工大学实验预习报告 姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203 实验六天线方向图测试 本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。 系统使用步骤示意如图0.1所示。 图0.1 系统使用步骤示意图 1系统连接 测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。
图1.1 系统连接示意图 发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。 图1.2 发射装置 图1.3 接收装置 此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。 2 控制器操作 2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。 发射装置 接收装置 控制器 电机线 信号线
图2.1 方向图测试系统提示界面 2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。 图2.2 实测方向图界面 2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。 2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确 定”确认，如图2.3所示。
图2.3 天线长度输入界面 2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自 动停止旋转，如图2.4所示。注意：机械回零完成之前不要做其它操作！ 图2.4 机械归零界面 2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一 化进行中”。当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。注意：归
天线方向图测量
电磁场与电磁波实验报告实验内容：天线方向图的测量 学院：电子工程学院 班级：2010211207 姓名：林铭雯 学号：10210880（21）
一、实验目的 1．了解天线的基本工作原理。 2．绘制并理解天线方向图。 3．根据方向图研究天线的辐射特性。 4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。 二、实验原理 1、天线的原理 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它 的辐射或接收效率可能很低。要能够有 效地辐射或者接收电磁波，天线在结构 和形式上必须满足一定的要求。图B1-1 给出由高频开路平行双导线传输线演变 为天线的过程。开始时，平行双导线传 输线之间的电场呈现驻波分布，如图 B3-1a 。在两根互相平行的导线上，电流 方向相反，线间距离又远远小于波长， 它们所激发的电磁场在两线外部的大部 分空间由于相位相反而互相抵消。如果 将两线末端逐渐张开，如图B3-1b 所示， 那么在某些方向上，两导线产生的电磁 场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。当 两线完全张开时，如图B3-1c 所示，张开 的两臂上电流方向相同，它们在周围空 间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。 天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通 图1 传输线演变为天线 a.发射机c. b.
天线方向图仿真
阵列天线方向图MATLAB仿真 一．实验要求 1.运用MATLAB仿真16单元阵列天线的方向图。 2.变换θ和d观察曲线变化。 二．实验原理 1.阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并 通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。 三、仿真结果 16单元天线方向图，θ=0°，d=2/λ
16单元天线方向图，θ=0°，d=λ 16单元天线方向图，θ=20°，d=2/λ
16单元天线方向图，θ=20°，d=λ 结果分析： 经过仿真结果实现了16单元天线方向图，并分别在d=2/λ时在θ=0°，θ=20°方向形成波束。在d=λ时，通过对比d=2/λ时的曲线可以发现随着阵元之间间隔的增加，方向图衰减越快，主次瓣的差距越大，次瓣衰减越快，效果越好。 四、源代码 1. clear; theta=-pi/2:0.01:pi/2; lamda=0.03;
天线线列阵方向图
阵列方向图及MATLAB 仿真 1、线阵的方向图 2 ()22cos(cos )R φψπφ=+- MATLAB 程序如下（2元）： clear; a=0:0.1:2*pi; y=sqrt(2+2*cos(pi-pi*cos(a))); polar(a,y); 图形如下： 若阵元间距为半波长的M 个阵元的输出用方向向量权重11(,,)M j j M g e g e φφ???加以组合的话， 阵列的方向图为 [(1)cos()]1()m M j m m m R g e ψπφφ--==∑ MATLAB 程序如下（10个阵元）： clear;
f=3e10; lamda=(3e8)/f; beta=2.*pi/lamda; n=10; t=0:0.01:2*pi; d=lamda/4; W=beta.*d.*cos(t); z1=((n/2).*W)-n/2*beta* d; z2=((1/2).*W)-1/2*beta* d; F1=sin(z1)./(n.*sin(z2));i K1=abs(F1) ; polar(t,K1); 方向图如下： 2、圆阵方向图程序如下： clc; clear all； close all; M = 16; % 行阵元数 k = 0.8090; % k = r/lambda DOA_theta = 90; % 方位角
DOA_fi = 0; % 俯仰角 % 形成方位角为theta，俯仰角位fi的波束的权值 m = [0 : M-1]; w = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)); % w = exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)+sin(2*pi *m'/M)*sin(DOA_fi*pi/180))); % 竖直放置 % w = chebwin(M, 20) .* w; % 行加切比雪夫权 % 绘制水平面放置的均匀圆阵的方向图 theta = linspace(0,180,360); fi = linspace(0,90,180); for i_theta = 1 : length(theta) for i_fi = 1 : length(fi) a = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180)); %a=exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180 )+sin(2*pi*m'/M)*sin(fi(i_fi)*pi/180))); % 竖直放置 Y(i_theta,i_fi) = w'*a; end end Y= abs(Y); Y = Y/max(max(Y)); Y = 20*log10(Y); % Y = (Y+20) .* ((Y+20)>0) - 20; % 切图 Z = Y + 20; Z = Z .* (Z > 0); Y = Z - 20; figure; mesh(fi, theta, Y); view([66, 33]); title('水平放置时的均匀圆阵方向图'); % title('竖面放置时的均匀圆阵方向图'); % 竖直放置 axis([0 90 0 180 -20 0]); xlabel('俯仰角/(\circ)'); ylabel('方位角/(\circ)'); zlabel('P/dB'); figure; contour(fi, theta, Y); 方向图如下：
天线方向图及归一化概念
天线方向图及归一化概念 天线的方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个三维的空间图形，如图3.1所示。它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径r足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量相位，就得到相位方向图。若不另加说明，本书说述方向图均指场强振幅方向图。三维空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向图就行了。 图1 测量方向图的坐标 天线方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1°的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。图2所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。
图2方向图的表示法(a)极坐标(b)直角坐标 一般绘制方向图时都是经过归一化的，即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强E（θ，φ）/Emax，这里E（θ，φ）是任一方向的场强值，Emax是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图3所示为直角坐标中用归一化场强和分贝值表示的同一天线方向图。 图3 归一化方向图
以下为实测的方向图（采用直角坐标系并归一化，单位为dB ） DEG 1-1 发垂直极化方位±8°方向图 -1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 d B DEG 1-7发垂直极化方位±3°测交叉极化方向图
天线的方向图测量(设计性)试验
理学院材料物理专业近代物理实验（设计性）试验报告
中国石油大学近代物理实验报告 班级：材料物理10-2 姓名：同组者： 设计性实验不同材质天线的方向图测量 （measurement of antenna parameters） 【中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】 摘要： 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。 天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。 研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。 研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。 根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。 天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。 通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。 关键词：天线、无线电波、能量转换、电磁场、辐射或接收 引言： 通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传播信息，都需要有无
阵列天线方向图及其MATLAB仿真
阵列天线方向图及其MATLAB仿真一．实验目的 1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数 2.运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线 3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 二．实验原理 1.阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并 通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元 阵列天线 天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。 三．源程序及相应的仿真图
1.方向图随n变化的源程序clear; sita=-pi/2::pi/2; lamda=; d=lamda/4; n1=20; beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z11=(n1/2)*beta; z21=(1/2)*beta; f1=sin(z11)./(n1*sin(z21)); F1=abs(f1); figure(1); plot(sita,F1,'b'); hold on; n2=25; beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z12=(n2/2)*beta; z22=(1/2)*beta; f2=sin(z12)./(n2*sin(z22)); F2=abs(f2); plot(sita,F2,'r'); hold on; n3=30; beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z13=(n3/2)*beta; z23=(1/2)*beta;
喇叭天线方向图
广州大学学生实验报告 开课实验：年月日 学院物理与电子工程学院年级、专 业、班 姓名学号 课程名称电磁波与电磁场 实验项目 名称 喇叭天线方 向图 成绩 指导教 师签名 一、实验目的 1.掌握喇叭天线的原理。 2.掌握天线方向图等电参数的意义。 3.掌握天线测试方法。 二、实验原理 1.发射天线电参数 (1)方向图：天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角坐标分布的图形。 (2)方向性系数：在相同辐射功率，相同距离情况下，天线在该方向上的辐射功率密度S max与无方 向性天线在该方向上的辐射功率密度S0之比值。 (3)有效长度：在保持该天线最大辐射场强不变的条件下，假设天线上的电流均匀分布时的等效长 度。 (4)天线效率：表征天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度。 (5)天线增益：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度S max与无方 向性天线在该方向上的功率密度S0之比值。 (6)输入阻抗：天线输入端呈现的阻抗值。 (7)极化：天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化。 (8)频带宽度：天线电参数保持在规定的技术要求范围内的工作频率范围。 2.接收天线电参数： (1)等效面积：天线的极化与来波极化匹配，且负载与天线阻抗共轭匹配的最佳状态下，天线在该 方向上所接收的功率与入射电波功率密度之比。 (2)等效噪声温度：描述天线向接收机输送噪声功率的参数。 (3)以及发射天线所有电参数。 3.喇叭天线 由逐渐张开的波导构成。按口径形状可分为矩形喇叭天线与圆形喇叭天线等。波导终端开口原则上可构成波导辐射器，由于口径尺寸小，产生的波束过宽；另外，波导终端尺寸的突变除产生高次模外，反射较大，与波导匹配不良。为改善这种情况，可使波导尺寸加大，以便减少反射，又可在较大口径上使波束变窄。 (1)H面扇形喇叭：若保持矩形波导窄边尺寸不变，逐渐张开宽边可得H面扇形喇叭。 (2)E面扇形喇叭：若保持矩形波导宽边尺寸不变，逐渐张开窄边可得H面扇形喇叭。 4.方向图测量 (1)测试环境：最理想的场地是自由空间，可以通过微波暗室来模拟，本次实验在实验室进行测量， 测量过程中由于各种振动、反射、折射和其他无线电波的干扰，对实验结果有一定干扰。 (2)测试距离：实际测量中，发射天线到接收天线的距离。 (3)极化：天线在给定空间方向上远区无线电波的极化，通常指天线在其最大辐射方向上的极化。 天线不能接收与其正交的极化分量，只有天线极化与来波极化一致时为极化匹配，接收机才可获得最大功率。 5. E面、H面、主瓣宽度等概念 (1)E面：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面。
多种天线及其辐射方向图(三)
多种天线及其辐射方向图（三） Corner reflector antennaA corner reflector antenna is a type of radar antenna often used for VHF and UHF frequencies transmitters. It consists of a driven element ( could be a dipole or Yagi array ) mounted in front of two flat rectangular reflecting screens joined at an angle, usually 90°.The reflecting screen could be a sheet of metal or grid element (for low-frequency radar) to reduce weight and improve wind resistance of the structure. Corner reflectors antenna have a moderate gain of 10-15 dB and wide bandwidth.Radiating patternLog-periodic Antenna (LPDA)Log-periodic dipole array consists of a number of half-wave dipoles driven elements of gradually increasing length, each consisting of a pair of metal rods. The dipoles are mounted close together in a line, connected in parallel to the feedline with alternating phase. Even though log periodic is similar to multi-element Yagi designs in appearance, they work in very different ways. Adding elements to a Yagi increases its directionality (gain), while adding elements to an LPDA increases its frequency response (bandwidth), extremely wide operating frequency
阵列天线方向图函数实验
阵列天线方向图函数实验 一、 实验目的 1. 设计一个均匀线阵，给定d N d ,,,λθ画出方向图)(θF 函数图； 2. 改变参数后，画出方向图)(θF 函数图，观察方向图)(θF 的变化并加以分析； 3. 分析方向图)(θF 主瓣的衰减情况以及主瓣对第一旁瓣的衰减情况，确定dB 3衰减对应的θ； 二、 实验原理 阵列输出的绝对值与来波方向之间的关系称为天线的方向图。方向图一般有两类：一类是阵列输出的直接相加（不考虑信号及其来向），即静态方向图；另一类是带指向的方向图（考虑信号指向），当然信号的指向是通过控制加权的相位来实现的。对于某一确定的M 元空间阵列，在忽略噪声的条件下，第k 个阵元的复振幅为 ),2,1(0M k e g x k j k ==-ωτ （） 式中：0g 为来波的复振幅，k τ为第k 个阵元与参考点之间的延迟。设第k 个阵元的权值为k w ，那么所有阵元加权的输出得到的阵列的输出为 ) ,2,1(010M k e g w Y k j M k k ==-=∑ωτ （） 对上式取绝对值并归一化后可得到空间阵列的方向图 {}00 max )(Y Y F = θ （） 如果),2,1(1M k w k ==式（）即为静态方向图)(θF 。下面考虑均匀线阵方向图。假设均匀线阵的间距为d ，且以最左边的阵元为参考点（最左边的阵元位于原点），另假设信号入射方位角为θ，其中方位角表示与线阵法线方向的夹角，与参考点的波程差为 θθτsin )1(1)sin (1 1d k c x c k -== （） 则阵列的输出为
βθ λ π ωτ)1(1 0sin )1(21 01 00--=--=-=∑∑∑===k j M k k d k j M k k j M k k e g w e g w e g w Y k （） 式中：λθπβ/sin 2d =，λ为入射信号的波长。当式（）中),2,1(1M k w k ==时，式（）可以进一步简化为 ) 2/sin() 2/sin(2 )(00βββ M M e Mg Y k M j == （） 可得均匀线阵的静态方向图，即 ) 2/sin() 2/sin()(0ββθM M F = （） 当式（）中),2,1(,/sin 2,)1(M k d e w d d k j k d ===-λθπββ时，式（）可简化为 ] 2/)sin[(] 2/)(sin[2 )()1(00d d M j M M e Mg Y d ββββββ--=-= （） 于是可得到指向为d θ的阵列方向图，即 ] 2/)sin[(] 2/)(sin[)(d d M M F ββββθ--= （） 三、 实验过程 1. 指向0=d θ静态方向图函数的实验 均匀线阵阵元个数N 对方向图函数)(θF 的影响 sita=-pi/2::pi/2; lamda=; d=lamda/2; n1=10; sita_d=0 beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; beta_d=2*pi*d*sin(sita_d)/lamda; z11=(n1/2)*(beta-beta_d); z21=(1/2)*(beta-beta_d); f1=sin(z11)./(n1*sin(z21)); F1=abs(f1); figure(1); plot(sita,F1,'b'); hold on ; n2=20;