电磁场与微波技术实验

实验三对称天线和天线阵的方向图实验目的：1、熟习对称天线和天线阵的观点；、熟习不同样长度对称天线的空间辐射方向图；3、理解天线阵的观点和空间辐射特点。实验原理：天线阵就是将若干个单元天线按必然方式摆列而成的天线系统。摆列方式能够是直线阵、平面阵和立体阵。实质的天线阵多用相似元组成。所谓相似元，是指各阵元的种类、尺寸同样，架设方向同样。天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。只要调整好各单元天线辐射场之间的相位差，就可以获得所需要的、更强的方向性方向图乘积定理f(θ,φ)=f1(θ,φ)×fa(θ,φ)上式表示，天线阵的方向函数能够由两项相乘而得。第一项f1(θ,φ)称为元因子（PrimaryPattern），它与单元天线的结构及架设方向有关；第二项fa(θ,φ)称为阵因子（ArrayPattern），取决于天线之间的电流比以及相对地址，与单元天线没关。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。已知对称振子以波腹电流归算的方向函数为实验步骤：1、对称天线的二维极坐标空间辐射方向图（1）建立对称天线二维极坐标空间辐射方向函数的数学模型（2）利用matlab软件进行仿真（3）察看并解析仿真图中不同样长度对称天线的空间辐射特点E面方向函数：、天线阵—端射阵和边射阵（1）建立端射阵和边射阵空间辐射方向函数的数学模型（2）利用matlab软件进行仿真（3）察看并解析仿真图中两种天线阵的空间辐射特点实验报告要求：（1）抓仿真程序结果图2）理论解析与议论1、对称天线方向图01）clcL=λ时对称阵子天线的方向图clearlambda=1;%自由空间的波长L0=1;%改变L0值，获得不同样长度对称阵子的方向图

901120600.80.6150300.4L=L0*lambda;%分别令0.2L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ1800k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];210330theta=theta0*pi/180;240300270fori=1:length(theta0)fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样02)clcclearlambda=1;%自由空间的波长L0=1/4;%改变L0值，获得不同样长度对称阵子的方向图L=L0*lambda;%分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ

L=λ时对称阵子天线的方向图901120600.80.6150300.40.21800k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];theta=theta0*pi/180;fori=1:length(theta0)

210330240300270fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样3)clcclearlambda=1;%自由空间的波长L=λ时对称阵子天线的方向图L0=1/2;%改变L0值，获得不同样长度对称阵901子的方向图120600.8L=L0*lambda;%分别令0.615030L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ0.40.2k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];1800theta=theta0*pi/180;210330fori=1:length(theta0)240300fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos270(k*L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样4)clcclearlambda=1;%自由空间的波长L0=3/4;%改变L0值，获得不同样长度对称阵子的方向图

L=λ时对称阵子天线的方向图901120600.80.6150300.40.21800210330240300270L=L0*lambda;%分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λk=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];theta=theta0*pi/180;fori=1:length(theta0)fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样5)clcclearlambda=1;%自由空间的波长L0=3/2;%改变L0值，获得不同样长度对称阵子的方向图L=L0*lambda;%分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λk=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];theta=theta0*pi/180;fori=1:length(theta0)

L=λ时对称阵子天线的方向图901120600.80.61500.40.2180210240300270

300330fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样6)clcclearlambda=1;%自由空间的波长L0=2;%改变L0值，获得不同样长度对称阵子的L=λ时对称阵子天线的方向图90方向图1120600.8L=L0*lambda;%分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ150k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];180theta=theta0*pi/180;fori=1:length(theta0)210fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*240L))/sin(theta(i)));endpolar(theta,fe/max(fe));%画归一化方向图title('L=λ时对称阵子天线的方向图')%L的长度不同样，标题不同样解析对称振子天线的方向图（以上图形）能够看出：

0.60.40.2300270

300330l<0.5λ时，随着振子长度的增添，其方向图波瓣变尖利，其最大辐射方向在q=90o，无副瓣；②当l>0.5λ时，开始出现副瓣，但最大辐射方向仍在q=90o的方向上；③当l>0.625lλ时，最大辐射方向将偏离q=90o的方向；（当l>0.5λ，出现反向电流，场为反向叠加）；q上场将完整抵④当l=λ时，天线上的反向电流与正向电流同样，故在=90ol消，其总场为零，但在q=60o的方向上，因为场的行程差引起的相位差和电流的相位差相互抵消，进而形成场的最大值。2、十二元平均直线阵的方向图间距为/2的十二元平均端射阵的解析十二元平均直线函数为A1sin6，此中：kdcos，其零点12sin/2发生在,,,2,5,处。632361十二元平均直线阵归一化方向图将阵间距d/2代入上式，得cos。0.90.8clearallN=12;%天线阵的元数x=0:0.01:pi;y=abs(sin(N*x./2)./sin(x/2))/N;plot(x,y)title('十二元平均直线阵归一化方向图')xlabel('ψ')ylabel('|A(ψ)|')holdoff

0.70.6|)(0.5|0.40.30.20.100.511.522.533.50ψ由图形解析可得：该直线阵的频率在[0,1]方向的场富强好多倍，而且随着d的增添频率渐渐的减少。十二元平均端射阵方向图clearallN=12;%天线阵的元数a=pi;%a=ξx=-pi:0.01:pi;A=abs(sin(N*(pi*cos(x)+a)./2)./sin((pi*cos(x)+a)/2))/N;polar(x,A);title('十二元平均端射阵方向图');holdoff

之间，主瓣方向的场强比旁瓣十二元平均端射阵方向图901120600.80.6150300.40.21800210330240300270从图形解析可得：振元间相位差为-kd时形成端射阵，最大辐射方向在阵轴的方向；增添振元个数其实不能够把端射阵变为边射阵，但能增添旁瓣的个数，而且减小主瓣的宽度。(3)十二元平均边射阵方向图0clearall

十二元平均端射阵方向图901120600.8a=0;%a=ξ0.6N=12;%天线阵的元数x=-pi:0.