电磁波极化特性的MATLAB仿真

电磁波极化特性的仿真

M A T L A B

闫昕，朱峻锋，赵小新

( 枣庄学院光电工程学院，山东枣庄277160)

［摘要］基于电磁理论的基本知识，应用MATLAB 仿真直线极化波、圆极化波和椭圆极化波的电磁波极化特性，研究结论为电磁波极化现象的理解提供新的手段．

［关键词］电磁波极化;MATLAB 仿真;直线极化波;圆极化波;椭圆极化波①

［中图分类号］O442 ［文献标识码］A［文章编号］1004 －7077(2014)05 －0051 －03 引言

库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律三大电磁学实验定律的提出，标志着人类对宏观电磁现象的认识从定性阶段到定量阶段的飞跃，以三大实验定律为基础，麦克斯韦基于两个假设总结出麦克斯韦方程组描绘电磁波传播、辐射等电磁现象的总规律［1］．

图1 是平面电磁波在无界空间中的传播特性图，从图1 中可以看到，平面电磁波沿着

→→

Z 方向传播，电场强度E 与磁场强度H 处于与电磁波传播的Z 方向垂直的无限大平面内．

→

一般情况下电场强度E 有E

x

和E

y

分量，合成波电场

→→

E = e

x

E

x

→

+ e

y

E

y

，

其中E

x

E

x m

co s(ωt + φ

x

) ，E

y

E

y m

co s(ωt + φ

y

)( 1)

==

图1平面电磁波在无界空间的传播图2相位相等时的直线极化波

→由于E

x

和E

y

分量的振幅和相位不一定相同，因此在空间任意点上合成波电场强度E 的大小和方向都将随着时间变化，这种现象称为电磁波的极化现象．它表征在空间给定

［收稿日期］2014 －06 －10

［基金项目］地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(项目编号:201310904024 ) ; 枣庄学院《电磁场理论》精品课程项目;枣庄学院教学改革项目(项目编号:Y J G11007 ) ; 枣庄学院2014 校级大学生研究训练计划项目(项目编号:

2014041)．

［作者简介］闫昕(1977 －) ，男，山东枣庄人，枣庄学院光电工程学院讲师，博士，主要从事计算电磁学、人工晶体和电磁超材料方面的研究．

·51·①

枣庄学院学报 2014 年第 5 期 点上电场强度矢量的取向随着时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点随时间变化的 轨迹来描述，如果轨迹是直线则称为直线极化波，如果轨迹是圆则称为圆极化波，如果轨 迹是椭圆就称为椭圆极化波． 电磁波极化现象的研究在中波广播天线、电视接收天线、火

箭上的天线定位，卫星通信天线、电子对抗等领域有着重要应用［2］．

MATLAB 软件又称矩阵实验室，可以用来科学计算，可以很好的进行数据可视化，大 大增加了对复杂公式、实验现象、抽象的概念的理解． 将 MATLAB 应用于抽象的电磁问 题，极大地提高了对电磁理论的理解［3 －4］．

直线极化波

1 对于 E x 和 E y ，如果 φx － φy φy = 0 时，

= 0 ，或者 φx － φy = ± π 时，合成波为直线极化波，当 φx －

2 2 E = 槡E ( 0 ，t ) + E ( 0 ，t ) 2 槡E + E 2 co s ( ωt + φ ) ( 2 )

= x y xm ym x E y E y m = a r c t a n ( ) = ± a r c t a n ( ) E E ( 3 ) α x

xm 取 A 1 = 5 ，A 2 = 5 ，φx － φy = 0 ，ω1 = 5 ，ω2 = 5 时应用

MATLAB 编程仿真得到图 2 ， 图

2 是通过一三象限的直线极化波． 取 A 1 = 5 ，A 2 = 5 ，φx － φy = ± π，ω1 = 5 ，ω2 = 5 ，仿 真得到图

3 ，图

3 是通过二四象限的直线极化波． 相位相差 ± π 时的圆极化波 图 3 相位相差 π 时的直线极化波 图

4 2

圆极化波

2 π 2

对于 E x 和 E y ，如果 φx － φy 时，合成波为圆极化波，此时 = ± 2

槡E + E 2 = E = c o n s t ( 4 ) E = x x m a = a r c t a n ( E y ) = － ( ωt + φ ) ( 5 ) x E x

π 取 A 1 = 5 ，A 2 = 5 ，φx － φy = ± 2

，ω1 = 5 ，ω2 = 5 仿真得到图 4 ，图 4 是圆极化波，当 π 2 π 2

时形成左旋圆极化波，当 φx － φy 时形成右旋圆极化波． 左旋右旋极 φx － φy = + = － 化波统一用图 4 表示，在进行动画演示时可以清楚的观察到它们的差异．

椭圆极化波

3 当两个电场分量 φx － φy ·52·

Δφ，

合成波为椭圆极化波，此时 =

闫昕，朱峻锋，赵小新

电磁波极化特性的 MATLAB 仿真 E 2

E 2 E E x

y x y 2 ( 6 ) + － E 2 E co s φ = s i n φ E 2

E xm ym xm ym

2 E x m E y m

( 7 ) t a n2 θ = co s φ E 2

2 － E y m xm 取 A 1 = 5 ，A 2 = 5 ，ω1 = 5 ，ω2 = 5 ，当

0 ＜ φ ＜ π 时仿真得到左旋椭圆极化波，如图 5 所示． 当 π ＜ φ ＜ 2 π 时仿真得到右旋椭圆极化波，如图 6 所示．

3 π 相位相差 π 时左旋椭圆极化波 图 5 图 6 相位相差 时右旋椭圆极化波

4 4

4 结论

从电磁波传播的基本理论方程出发，分析了振幅、相位和合成波夹角变化的理论公 式，应用 MATLAB 语言仿真得到了直线极化波、圆极化波和椭圆极化波的变化图形，对 于圆极化波，左旋和右旋不能够通过文中图形判断得到，要根据实际作图的动画判断． 研

究结论是将

MATLAB 编程应用到电磁波极化的仿真增加了对电磁波极化的理解． 参考文献

［1］谢处方，饶克谨编． 电磁场与电磁波［M ］． 北京: 高等教育出版社，

2007． ［2］张建华，黄治． 电磁波极化的应用［

J ］． 大学物理，2012，31( 3) : 52 － 54． ［3］周群益，侯兆阳，刘让苏． MATLAB 可视化大学物理学［M ］． 北京: 清华大学出版社，

2011． ［4］闫昕，梁兰菊，孙长文． 液体表面张力系数测定仪的改进［

J ］． 枣庄学院学报，2013，30( 2) : 65 － 70． ［责任编辑: 吕 艳］

E l ect rom agnet i c Wave P ol ari zat i on Based on MATLAB S i mu l at i on

YAN X i n ，Z H U J un － feng ，ZHAO X i ao － xi n

( School of Opt － E l ect r oni c E ngi neer i ng ，Z aoz huang U ni ver s i t y ，Z aoz huang 277160，C hi na )

A b s t r ac t : The f i r s t band gap c h a r a c t e r i s t i c s of li n e a r p o l a r i z e d w av e ，c i r c u l a r p o l a r i z a e d wave and e lli p s e s p o l a r i z e d wave were s i mu l a t e d by u s i n g MA T L A

B ． All these r e s u l t s can p r o v i d e p r o v i d e s new means for e l ec t r o m a g n e t i c wave phenomenon i n t e r p r e - t e d ．

K e y w o r d s : e l ec t r o m a g n e t i c wave p o l a r i z a t i o n ; MATLAB s i mu l a t i o n ; li n e a r p o l a r i z e d w av e ; c i r c u l a r p o l a r i z a e d w av e ; e lli p s e s p o l a r i z e d wave

·53·

基于MATLAB的智能天线及仿真

基于M A T L A B的智能天 线及仿真 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

摘要 随着移动通信技术的发展，与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值服务，使无线通信的业务量迅速增加，无限电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。另一方面，由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重，更影响了无线电波带宽的利用率。并且无线环境的多变性和复杂性，使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。因此为了适应通信技术的发展，迫切需要新技术的出现来解决这些问题。这样智能天线技术就应运而生。智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问题，可以有效地提高移动通信系统容量和服务质量。开展智能天线技术以及其中的一些关键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。 论文的研究工作是在MATLAB软件平台上实现的。首先介绍了智能天线技术的背景；其次介绍了智能天线的原理和相关概念，并对智能天线实现中的若干问题，包括:实现方式、性能度量准则、智能自适应算法等进行了分析和总结。着重探讨了基于MATLAB的智能天线的波达方向以及波束形成，阐述了music和capon两种求来波方向估计的方法，并对这两种算法进行了计算机仿真和算法性能分析; 关键字:智能天线；移动通信；自适应算法；来波方向； MUSIC算法 Abstract With development of mobile communication technology，mobile users and communication，increment service are increasing，this make wireless services increase so that bandwidth of wireless wave is unfit for development of communication，On the other hand，much serious Co-Channel Interruption and the Multiple Address interruption effect utilize rate of wireless wave’s bandwidth，so the transported signals are declined and wear down，All this has strong bad effect on the capacity and

14元阵列天线方向图及其MATLAB仿真

14元阵列天线方向图及其MATLAB仿真

阵列天线方向图及其MATLAB 仿真 1设计目的 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 2设计原理 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。 在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。 二元阵辐射场： 式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场： 令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数： 式中：ζφθψ+=cos sin kd 均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。由此可以得出 ])[,(212121ζθθθ?θj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12 cos ),(21jkr m e F r E E -=ψ?θθζ φθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζ?θθ?θ2πθ=)2/sin()2/sin(1)(ψψψN N A =kd m ζ?-=cos

这里有两种情况最为重要。 1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。 2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时0=m ?或π，也就是说阵的各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。 3设计过程 本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。 14元端射振天线H 面方向图的源程序为： a=linspace(0,2*pi); b=linspace(0,pi); f=sin((cos(a).*sin(b)-1)*(14/2)*pi)./(sin((cos(a).*sin(b)-1)*pi/2)*14); polar(a,f.*sin(b)); title('14元端射振的H 面方向图 ，d=/2,相位=滞后'); 得到的仿真结果如图所示： 14元端射振天线三维方向图的源程序为： y1=(f.*sin(a))'*cos(b); z1=(f.*sin(a))'*sin(b); x1=(f.*cos(a))'*ones(size(b)); surf(x1,y1,z1); 2 π?±=m

使用Multisim进行电路频率特性分析

使用Multisim进行电路频率响应分析 作者：XChuda Multisim的AC Analysis功能用于对电路中一个或多个节点的电压/电流频响特性进行分析，画出伯德图。本文基于Multisim 11.0。 1、实验电路 本例使用如图的运放电路进行试验。该放大电路采用同相输入，具有（1+100/20=）6倍的放大倍数，带300欧负载。方框部分象征信号源，以理想电压源串联电阻构成。 请不要纠结于我把120Vrms的电压源输入双15V供电的运放这样的举动是否犯二，电压源在AC Analyses中仅仅是作为一个信号入口的标识，其信号类型、幅值和频率对分析是没有贡献的，但是它的存在必不可少，否则无法得到仿真结果！ 2、操作步骤 搭好上述电路后，就可以进行交流分析了。

一般设置Frequency parameters和Output两页即可，没有特殊要求的话其他选项保持默认，然后点Simulate开始仿真。切记是点Simulate，点OK的话啥都不会发生。

按照上述步骤仿真结果如下： 分析结果是一份伯德图。在上下两个图表各自区域上按右键弹出列表有若干选项，各位可自己动手试试。右键菜单中的Properties可打开属性对话框，对图表进行更为详细的设置。 3、加个电容试试 从上面伯德图分析结果看出，该电路具有高通特性，是由输入耦合电容C3造成的。现在在输入端加入一个退耦电容试试。电路如下：

在输入端加入220pF退耦电容后C1与后面的放大电路输入电阻构成低通滤波器，可滤除高频干扰。加入C1后，放大电路的输出应该具有带通特性。用AC Analysis分析加入C1后的电路频响特性： 奇怪，为什么高通不见了？一阵疑惑，我甚至动笔算了同相输入端的阻容网络复频域的特性，无论C1是否加入，从同相输入端向左看出去的阻容电路都有一个横轴为0的零点，所以幅度特性应该是从0Hz处开始上升的！对，从0Hz开始！回头看看电路加入C1前仿真的伯德图，发现竖轴范围是13dB~13.3dB！ 我们尝试放大来看看。现在重新进行AC分析，将频率范围设置为0.1~10Hz，结果如下图。OK，没问题，果然是高通的，只是截止频率非常低（0.3Hz左右），刚才的仿真频率范围从1Hz开始，自然是看不到的。从中也看出，图表中数字后加小写m，是毫赫兹（mHz）的意思，而不是兆赫兹（MHz）。

用matlab 仿真不同天线阵列个天线的相关系数

2.3.1 阵列几何图 天线阵可以是各种排列，下图所示分别为圆阵(UCA)、线阵(ULA)、矩形阵(URA)排列方式与空间来波方向关系图，为简化整列分析，假设阵元间不考虑耦合，L 为天线数目，天线间距相等且均为d ，为入射在阵列上的水平波达角，为垂直波达角。 图2- 1 阵列排列方式与空间来波方向的关系 1） 圆阵排列方式的天线响应矢量为： 011cos() cos() cos() cos() (,)[,,...,,...,]l L j j j j T U C A a e e e e ξ?ψξ?ψξ?ψξ?ψ θ?-----= 公 式2- 1 其中2/,0,1,...,1l l L l L ψπ==-为第l 天线阵元的方位角，sin(),w w k r k ξθ=为波 数 2） 线阵排列方式的天线响应矢量为： cos sin (1)cos sin (,)[1,,...,]w w jk d jk d L T U LA a e e ?θ ?θ θ?-= 公式2- 2 3） 矩形阵列方式的天线响应矢量为： (1)()[(1)] (1)[(1)(1)](,)(()())[1,,...,,,,... ,...,,...,] T jv j p v ju j u v u URA N p j u p v j N u j N u p v T a vec a u a v e e e e e e e θ?-++---+-== 公式2- 3 ,N P 分别为x ，y 方向的天线数目，这里设x y d d =， (1)()[1,,...,]ju j N u T N a u e e -=； cos sin w x u k d ?θ=； (1)()[1,,...,]jv j p v T p a v e e -=；

Multisim2001实现放大电路频率特性的仿真测试

Ｍｕｌｔｉｓｉｍ2001实现放大电路频率特性的仿真测试 Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，目前广泛应用于电子线路的仿真实验平台和电子系统的仿真设计工具。Multisim2001为电类专业的学习、教学、研究及开发提供了一种先进的手段和方法。在电子线路的应用中，往往需要对电路的性能指标进行测试和分析，可以利用Multisim2001的仿真仪器或Multisim2001仿真分析方法对电路的性能指标进行仿真测试。Multisim2001提供了18种基本仿真分析方法，分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点-零点分析、传递函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、批处理分析、自定义分析、噪声图形分析和RF分析，这些分析方法能满足一般电子电路的设计、调试和性能指标测试的要求。下面以分压偏置共射极放大电路交流频率响应的仿真测试为例，介绍Multisim2001仿真分析方法在放大电路频率特性仿真测试中的应用。 首先在Multisim2001电路窗口中创建分压偏置共射极放大电路，如图1所示。 交流频率响应的仿真测试 Multisim2001扫描分析法中的交流分析（AC Analysis）可以对模拟电路进行交流频率响应的分析，即获得模拟电路的幅度和相位的频率响应。Multisim2001在进行交流分析前，会自动计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性元器件的小信号工作模型，而且，在交流分析中，所有输入源都认为是正弦信号，直流电压源视为短路，直流电流源视为开路。交流频率响应的仿真测试方法如下： 启动Simulate菜单中Analyses下的AC Analysis命令，弹出AC Analysis对话框，在AC Analysis对话框中，单击Frequency Parameters按钮，设置AC分析的频率参数：Start frequency[交流分析的起始频率]为1Hz，Stop frequency[交流分析的终止频率]为10GHz，Sweep type[扫描方式（X轴刻度）]为Decade（十倍程），Number of point per becade[每个十倍程刻度数]为10，Vertical scale[幅度刻度形式（Y轴刻度）]为Logarithmic（对数刻度）。参数设置如图2所示。 在AC Analysis对话框中，单击“Out put variables”按钮，选择分析节点：分压偏置共射极放大电路的信号输出端：u0，如图3所示。 单击AC Analysis对话框的Simulate按钮，便可得放大电路交流频率响应特性曲线图，如图4所示。 低频频率响应的仿真测试 Multisim2001仿真分析法中的参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis），可以将电路中某些元器件的参数在一定的取值范围内变化时，对电路交流频率特性

简易频率特性测试仪论文

2013年全国大学生电子设计竞赛 简易频率特性测试仪（E题） 【本科组】 2013年9月6日

摘要 本实验以DDS芯片AD9854为信号发生器，以单片机STM32F103RBT6为核心控制芯片。系统由5个模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T网络模块，整形滤波模块，A/D转换模块及显示模块。先以单片机送给AD9854控制字产生1MHZ —40MHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，两路路信号通过AD9283对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，最终由TFTLCD显示输出。 ABSTRACT In this experiment, the DDS chip AD9854 as the signal generator, MCU STM32F103RBT6 as the core control chip, and with FPGA as auxiliary, and on the peripheral circuit to realize the detection of amplitude frequency and phase frequency. The system comprises 6 modules: signal sine sweep signal module, the measured resistance capacitance of double T module, filter module, A/D conversion module and display module. The first single-chip microcomputer to AD9854 control word generate sweep signal of 10MHZ - 40MHZ, the resistance and capacitance of double T detection circuit, two road signals are collected on the effective value through the AD9283 into the microcontroller to amplitude conversion, the LCD display output, finally to complete the amplitude frequency and phase frequency of simple test.

MATLAB仿真天线阵代码

天线阵代码 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W);

MATLAB仿真天线阵代码

天线阵代码 .pudn./downloads164/sourcecode/math/detail750575.htm l 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3);

r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); %---------------------- W=a+(beta.*d.*cos(t));

典型环节的频率 特性仿真分析

实验二典型环节的频率特性仿真分析 一、实验目的和要求 （1）熟悉如何通过MA TLAB语言编程来进行仿真实验。 （2）通过绘制典型环节的频率特性曲线，正确理解频率特性的概念，明确频率特性的物理意义。 二、实验主要仪器和设备 装有Matlab软件的计算机 三、实验内容 分别改变以下几个典型环节的相关参数，观察系统（或环节）的频率特性，并分析其相关参数改变对频率特性的影响。 比例环节（K） 积分环节（ S T i 1 ） 一阶惯性环节（ S T K c + 1 ） 一阶微分环节（ S T D + 1） 典型二阶环节（ 2 2 2 2 n n n S S K ω ξω ω + +） 四、实验方法 wn=5;k=1; g1=tf([k*wn*wn],[1 2*0.4*wn wn*wn]); g2=tf([k*wn*wn],[1 2*0.8*wn wn*wn]); g3=tf([k*wn*wn],[1 2*1.2*wn wn*wn]); figure(1); step(g1); hold on step(g2); hold on step(g3); figure(2) bode(g1); hold on bode(g2); hold on bode(g3); figure(3); nyquist(g1); hold on nyquist(g2);

hold on nyquist(g3); 五、实验数据记录 (1) 比例环节 G(S)= K ; 参数值分别为K1= 1 ；K2= 2 ；K3= 3 ； 单位阶跃响应曲线： 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 1 1.21.41.61.82 2.2 2.42.62.83Step Response Tim e (sec) A m p l i t u d e Bode 图： 02468 M a g n it u d e (d B )10 -1 -0.500.51 P h a s e (d e g ) Bode D iagram Frequency (rad/sec) Nyquist 曲线：

matlab仿真天线辐射图

微波技术与天线作业 电工1001，lvypf（12） 1、二元阵天线辐射图matlab实现 1)matlab程序: theta = 0 : .01*pi : 2*pi; %确定θ的范围 phi = 0 : .01*pi : 2*pi; %确定φ的范围 f = input('Input f(Ghz)='); %输入频率f c = 3*10^8; %常量c lambda = c / (f*10^9); %求波长λ k = (2*pi) / lambda; %求系数k d = input('Input d(m)='); %输入距离d zeta = input('Input ζ='); %输入方向系数ζ E_theta=abs(cos((pi/2)*cos(theta))/sin(theta))*abs(cos((k*d*sin(theta)+zeta)/2)); %二元阵的E面方向图函数 H_phi=abs(cos((k*d*cos(phi)+zeta)/2)); %二元阵的H面方向图函数 subplot(2,2,1); polar(theta,E_theta); title('F_E_θ') subplot(2,2,2); polar(phi,H_phi); title('F_H_φ'); subplot(2,2,3); plot(theta,E_theta); title('F_E_θ'); grid xlim([0,2*pi]) subplot(2,2,4); plot(phi,H_phi); grid xlim([0,2*pi]) title('F_H_φ');

2)测试数据生成的图形： a)f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=0 图1，f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=0 b)f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=pi 图2，f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=pi

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;

(完整版)波束形成-Matlab程序

1.均匀线阵方向图 %8阵元均匀线阵方向图，来波方向为0度 clc; clear all; close all; imag=sqrt(-1); element_num=8;%阵元数为8 d_lamda=1/2;%阵元间距d与波长lamda的关系 theta=linspace(-pi/2,pi/2,200); theta0=45/180*pi;%来波方向(我觉得应该是天线阵的指向) %theta0=0;%来波方向 w=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*[0:element_num-1]'); for j=1:length(theta) %(我认为是入射角度，即来波方向,计算阵列流形矩阵A) a=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta(j))*[0:element_num-1]'); p(j)=w'*a; %(matlab中的'默认为共轭转置，如果要计算转置为w.'*a) end figure; plot(theta,abs(p)),grid on xlabel('theta/radian') ylabel('amplitude') title('8阵元均匀线阵方向图') 见张小飞的书《阵列信号处理的理论和应用2.3.4节阵列的方向图》

当来波方向为45度时，仿真图如下： 8阵元均匀线阵方向图如下，来波方向为0度，20log（dB）

随着阵元数的增加，波束宽度变窄，分辨力提高：仿真图如下：

2.波束宽度与波达方向及阵元数的关系clc clear all close all ima=sqrt(-1);

阵列天线方向图的MATLAB实现

阵列天线方向图的MATLAB 实现课程名称：MATLAB程序设计与应用任课教师：周金柱 班级：04091202 姓名：黄文平 学号：04091158 成绩：

阵列天线方向图的MATLAB 实现 摘要：天线的方向性是指电磁场辐射在空间的分布规律，文章以阵列天线的方向性因子F（θ，φ）为主要研究对象来分析均匀和非均匀直线阵天线的方向性。讨论了阵列天线方向图中主射方向和主瓣宽度随各参数变化的特点，借助M ATLAB绘制出天线方向性因子的二维和三维方向图，展示天线辐射场在空间的分布规律，表现辐射方向图的特点。 关键词：阵列天线;;方向图；MATLAB 前言： 天线是发射和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。不同用途的天线要求其有不同的方向性，阵列天线以其较强的方向性和较高的增益在工程实际中被广泛应用。因此，对阵列天线方向性分析在天线理论研究中占有重要地位。阵列天线方向性主要由方向性因子F（θ，φ）表征，但F（θ，φ）在远区场是一组复杂的函数，如果对它的认识和分析仅停留在公式中各参数的讨论上，很难理解阵列天线辐射场的空间分布规律[ 1 ]。MATLAB以其卓越的数值计算能力和强大的绘图功能，近年来被广泛应用在天线的分析和设计中。借助MATLAB可以绘制出阵列天线的二维和三维方向图，直观地从方向图中看出主射方向和主瓣宽度随各参数的变化情况，加深对阵列天线辐射场分布规律的理解。 1 均匀直线阵方向图分析 若天线阵中各个单元天线的类型和取向均相同，且以相等的间隔d 排列在一条直线上。且各单元天线的电流振幅均为I，相位依次滞后同一数值琢，那么，这种天线阵称为均匀直线式天线阵，如图1 所示[ 2 ]: 均匀直线阵归一化阵因子为[ 3 ]： Fn（θ，φ）是一个周期函数，所以除§= 0 时是阵因子的主瓣最大值外，§= ±2 mπ

元阵列天线方向图及其MATLAB仿真

阵列天线方向图及其MATLAB 仿真 1设计目的 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 2设计原理 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。 在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。 二元阵辐射场： 式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场： 令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数： ])[,(212121ζθθθ?θj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12 cos ),(21jkr m e F r E E -=ψ?θθζ φθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζ?θθ?θ2 πθ=) 2/sin() 2/sin(1)(ψψψN N A =

式中：ζφθψ+=cos sin kd 均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。由此可以得出 这里有两种情况最为重要。 1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。 2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时 0=m ?或π，也就是说阵的 各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。 3设计过程 本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。 14元端射振天线H 面方向图的源程序为： a=linspace(0,2*pi); b=linspace(0,pi); f=sin((cos(a).*sin(b)-1)*(14/2)*pi)./(sin((cos(a).*sin(b)-1)*pi/2)*14); polar(a,f.*sin(b)); title('14元端射振的H 面方向图 ，d=/2,相位=滞后'); 得到的仿真结果如图所示： kd m ζ?-=cos 2π ?±=m

频率特性测试仪(完整版)

频率特性测试仪 摘要：本实验以DDS芯片AD9851为信号发生器，以单片机MSP430F449为核心控制芯片，以FPGA为辅助，加之于外围电路来实现幅频及相频的检测。系统由6信模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T 网络模块，整形模块，幅值检测模块，相位检测模块，及显示模块。先以单片机送给AD9851控制字产生100HZ—100KHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，一路信号通过真有效值AD637JP对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，另一路信号由整形电路整形后进入FPGA进行相位检测及频率检测，最后由LCD显示输出，最终来完成幅频及相频的简单测试。 关键字：AD9851、 MSP430F449 、FPGA 、阻容双T网络、AD637 LM311比较器、液晶12864

目录 一、方案方案论证与选择 (3) 1. 扫描信号产生方案 (3) 1.1 数字直接频率合成技术(DDFS) (3) 1.2 程控锁相环频率合成 (3) 1.3 数字频率发生器（DDS）AD9851产生 (3) 2．相位检测方案 (4) 2.1 A/D采样查找最值法 (4) 2.2 FPGA鉴相法 (4) 3. 幅值检测方案 (5) 3.1 峰值检波法 (5) 3.2 真有效值芯片AD637检测法 (6) 二、系统总体设计文案及实现方框图 (7) 三、双T网络的原理分析及计算 (7) 1、双T网络的原理 (7) 2、双T网络的设计 (9) 四、主要功能模块电路设计 (11) 1、AD9851正弦信号发生器 (11) 2、减法电路及射极跟随器 (12) 3 整形电路 (13) 4 真有效值检测 (13) 五、系统软件设计 (14) 六、测试数据与分析 (15) 七、总结分析与结论 (17) 参考文献： (17) 附录： (17)

MATLAB仿真天线阵代码17页

天线阵代码 http://pudn/downloads164/sourcecode/math/detail750575.html 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3);

%归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); W=a+(beta.*d.*cos(t)); z3=(N2/2).*(W); z4=(1/2).*(W); W2=sin(z3)./(N2.*sin(z4)); %非归一化的阵因子K2

频率特性

频率特性的测试 一、实验目的 1. 掌握频率特性的测试方法。 2. 进一步明确频率特性的概念及物理意义。 3. 明确控制系统参数对频率特性曲线形状的影响。 4.进一步学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 二、实验设备和仪器 1．计算机 2. MATLAB软件 三、实验原理 一个稳定的线性系统，在正弦信号的作用下，它的稳态输出将是一个与输入信号同频率的正弦信号，但振幅和相位一般与输入信号不同，而且随着输入信号的频率变化而变化。 在被测系统的输入端加正弦电压，待平稳后，其输出端亦为同频率的正弦电压，但幅值与相位一般都将发生变化，幅值与相位变化的大小和输入信号的频率相关。 取正弦输出与正弦输入的复数比，即为被测系统(或网络)的频率特性。 改变输入信号频率，测得该频率对应的输出电压振幅，与相位及输入信号的振幅计算出振幅比，做出幅频特性和相频率特性曲线。 对于参数完全未知的线性稳定系统可以通过实验方法求出其频率特性；我们从学习测试方法的角度，可以对已知的系统测其频率特性；在生产实践中，也常常是对已知的调试完毕的控制系统确定其实际的频率特性。 四、实验内容及步骤 启动MATLAB 7.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制二阶系统的结构框图。 双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。 系统的结构框如图3所示。 图3频率特性测试MA TLAB仿真系统的结构框 五、实验内容

1．典型二阶系统 2 2 22)(n n n s s s G ωξωω++= 要求：绘制出6=n ω，1.0=ξ，0.3，0.5，0.8，2的伯德图，记录并分析ξ对系统伯德图的影响。 解：程序如下 wn=6;num=[wn^2]; zeta=[0.1 0.3 0.5 0.8 2] for i=1:5 den=[1 2*zeta(i)*wn wn^2]; G=tf(num,den) bode(G) hold on end 2．系统的开环传递函数为 （要求：绘制系统的奈氏图、伯德图，说明系统的稳定性，并通过绘制阶跃响应曲线验证。） 5 21 ()G s s = - 解：程序如下 num=[5]; den=[2 -1]; G=tf(num,den) figure(1)

Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度概要

山东科技大学通信工程系 创新性实验设计报告 实验项目名称Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度 组长姓名学号 手机 Email 成员姓名＿＿＿＿学号＿＿ 成员姓名＿＿＿＿学号＿＿ 专业通信工程班级 09—3 指导教师及职称 开课学期 2011 至 2012 学年＿ 2 ＿学期 提交时间 2012 年 7 月 13 日 一、实验摘要

熟悉课本第183页直线等距（LES）天线阵列的基本原理； 熟悉常用的算法，包括最小均方计算（LES），递归最小平方计算（RLS）和恒模算法（CMA）。 能够利用matlab软件仿真天线阵列的方向图，并且利用matlab计算其半功率宽度。 二、实验目的 1. 了解只能天线的组成，并能对天线矩阵进行分析 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 4. 利用matlab计算LES阵列的半波宽度。 三、实验设计方案 1、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。 2、实验内容 假设阵元间距为波长的一半，天线元数目5个，导引向量a（0,0）； （1）仿真天线阵方向图实验主程序 thita=linspace(0,2*pi; fiai=0; lamda=0.4; d=lamda./2; beta=2.*pi./lamda; thita1=pi/6;

MATLAB仿真天线阵代码

clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; % 馈电相位差 i=1; % 天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f d=lambda/2; beta=2 、 *pi/lambda; W=-2*pi:0 、 001:2*pi; y1=sin((N1 、 *W 、 /2)) 、 /(N1 、 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2 、 *W 、 /2)) 、 /(N2 、 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3 、 *W 、 /2)) 、 /(N3 、 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序 figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; % 阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2 波长,a= n /2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; % 阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2 波长,a= n /2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; % 化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2 波长,a= n /2') % --------------- %只有参数N 改变的天线方向 图 t=0:0 、0 1 :2*pi; W=a+(beta 、*d 、*cos(t)); z1=(N1/2) 、*(W); z2=(1/2) 、*(W); W1=sin(z1) 、/(N1 、*sin(z2)); % 非归一化的阵因子 K1 K1=abs(W1); % --------------- 天线阵代码 波长 *(sin(W 、/2))); % *(sin(W 、/2))); % *(sin(W 、/2))); % 归一化阵因子 归一化阵因子 归一化阵因子 绘出N=4等幅等矩阵列的归一化 绘出N=8等幅等矩阵列的归一化 绘出N=12等幅等矩阵列的归一