MATLAB在二元阵方向图乘积定理教学中的应用

1、 摘 要 本文针对天线与电波传播理论课程学习,基于MATLAB语言对二元相似阵方向图乘积定理的进行验证。关键词 二元相似阵 MATLAB仿真 方向图1 引言天线理论分析实质就是求解满足特定边界条件的麦克斯韦方程组。但电磁理论抽象、数学推导较为繁琐以及空间概念难以想象等诸多特点,因此利用MATLAB强大的工程绘图功能,对天线进行辅助分析、设计和仿真等就显得格外重要。本文针对天线理论课程学习,利用MATLAB语言对二元对称振子相似阵进行仿真,其中包括阵因子方向图、方向图乘积定理。实践证明:利用该软件通过计算机仿真,不仅能够帮助学生理解和掌握二元相似阵基本理论,提高学生的学习效率与学习积极性,而且有

2、助于提高学生利用MATLAB来分析解决实际问题的方法与技巧。2 二元阵的方向性对于二元相似阵,以天线1为参考天线,天线2相对于天线1的电流关系为I 2=mI 1e j,即:天线2的电流振幅为天线1的m 倍,初始相位超前。则天线阵合成方向函数 为 = (1其中 为天线1的方向性函数称为元因子; 只与两天线的电流比与相对位置有关称为阵因子;=+kdcos,k为波数,d为两元天线的间距,为电波射线与天线阵轴线之间的夹角。式(1表明由相似元组成的二元阵,其方向函数(或方向图等于单元天线的方向函数(或方向图与阵因子(或方向图的乘积,这就是方向图乘积定理。3 方向图乘积定理的验证3.1 验证二元齐平行阵方

3、向图乘积定理两个半波振子的轴线沿z轴方向,并沿y轴方向组成二元齐平行阵,其间距d=0.25,电流 ,验证方向图乘积定理。根据题意可得:3.1.1 E面方向图乘积定理的验证。根据题意可知,E面为(yOz 即: ,因此E面方向性函数为:根据方向性函数,利用Matlab画出E面元因子、阵因子、二元阵方向图如图7所示:MATLAB在二元阵方向图乘积定理教学中的应用侯维娜 刘占军(重庆邮电大学光电工程学院3.1.2 H面方向图乘积定理的验证。根据题意可知,H面为(xoy 即 : ,因此H面方向性函数为:根据方向性函数,利用Matlab画出H面元因子、阵因子、二元阵方向图如图8所示3.2 验证二元共线阵方

4、向图乘积定理两个半波振子的轴线沿y轴方向,并沿y轴方向组成二元共线阵,其间距d=,电流比Im 2=Im 1,验证方向图乘积定理。根据题意可得:3.2.1 E面方向图乘积定理的验证。根据题意可知,E面为(yOz 即: ,因此E面方向性函数为:根据方向性函数,利用Matlab画出E面元因子、阵因子、二元阵方向图如图9所示:3.2.2 H面方向图乘积定理的验证根据题意可知,H面为(xoz即 :,因此H面方向性函数为: f 2元阵H =1×2可见H面元因子和阵因子都是常数(方向图为一个圆,比较简单,故不作方向图。通过对以上实例分析可知,利用Matlab验证方向图乘积定理简单、直观且快速,Ma

5、tab在天线阵列分析中的重要性显而易见。4 结束语天线阵列能够增强辐射方向性,在现实生活中具有重要(下转第111页 在完成了“真空中和介质中静磁场的基本方程和基本定律”的教学后,在2011年4月7日的教学中我安排光信息三班26人的教学班进行了一次讨论课。我将26人的教学班划分为五个小组,每组由4到6人组成。首先作为主讲教师,在讨论课前,先给出本节的讨论题:How many methods for us to determine the magnetostatics? What are the methods? 由小组讨论15分钟后,将得出的结果公布如下:讨论式教学,至少有以下三点成功经验可示:

6、教师的成功立题适中,能使学生很快进入讨论状态中去。学生在讨论课中互相激发思维,思想碰撞,表现出极大的主动,积极求学精神。讨论后,根据学生的书面回答,教师指出矢量表达不完整,如漏掉矢量箭头的小失误。学生都能欣然接受,表现出学习中极认真的负责态度。本次成功的讨论课,在学生的学习心理成长发展中可以概括如下:遵循辩证唯物主义认识论,从教材和学生的实际出发,教师有计划,有步骤地引导学生自主地去揭示和解决学习动机,兴趣和理解教材上的矛盾,从而调动学生思维的积极性,使学生积极,主动地通过自己的思维过程,去理解教材,把知识学到手,同时发展抽象逻辑思维和提高分析问题,解决问题的能力。总之,贯彻讨论式教学的出发点

7、,是建立于教材和学生的实际之上的,因而获得成功。比较三者的教法,我们认为讨论法是双向的,它可以激发学生针对讨论的问题进行积极思考,提高学生的思维力与智力,加深学生对所学知识的理解,也可以培养学生的中英文口语能力和反应力。讨论式的成败关键是教师的命题要恰当。我们把讨论式的主题往往分为两种类型:讨论题的类型:阶段复习讨论题,我们觉得:(1反映本章节基本理论和方法的题目;(2学生平时暴露的典型错例;(3向纵深引申的题目;学习新内容讨论题(1属于基本理论,如定理的条件结论到论证;(2属于方法:解决的方法,步骤和条件。当然,采用讨论法要避免教学过程中出现的失控状态,有时甚至出现杂乱无章,浪费时间而导致教

8、学任务最终难以实现。3 结论3.1 随着社会的发展,社会对人才质量的要求越来越高。体现在培养目标上,强调教育应使学生的理论与实践统一,重点发展学生的智力和创造力。教学方法改革是大学教育面向社会时所必定接受的挑战和应战。3.2 强调教学改革的多样性。我们认为应提倡各种教学方法、手段的综合运用,合理地选择最佳的教学方法,完成我们的教学目的和任务,培养新型人才的宗旨。以上意见仅为初识,抛砖引玉,欢迎更多同行参与讨论。参考文献1Field and Wave Electromagnetics,David K.Cheng, P109的应用,其难点之一就是方向性的判别以及方向图的可视化输出。本文针对天线与电波传播理论课程学习,基于MATLAB 语言对二元相似阵方向图乘积定理进行仿真。实践证明:利用该软件通过计算机仿真,不仅能够帮助学生理解和掌握二元相似阵基本理论,提高学生的学习效率与学习积极性,而且有助于提高学生利用MATLAB来分析解决实际问题的方法与技巧。参考文献1宋铮