偶极子相控阵天线计算
相控阵天线的基础理论综述
第二章相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列（ESA）天线。
虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。
天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。
在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。
在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。
在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。
下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。
2.1相控阵天线扫描的基本原理2.1.1线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。
根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。
垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。
相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。
由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。
图2.1是一个由N个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿y轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为d。
每一个天线单元的激励电流为h （i =0,1,2,...N -1）。
每一单元辐射的电场强度与其激励电流I i成正比。
天线单元的方向图函数用 f i（H「）表示。
阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：e 丸巳二 Kilig )-r式中，氏为第i 个天线单元辐射场强的比例常数， 的距离，fiG,「)为第i 个天线单元的方向图函数, 流，可以表示成为：li=Qe ① 式中，a i 为幅度加权系数，厶B 为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差， 亦称阵内相移值。
相控阵计算
相控阵计算
【原创实用版】
目录
1.相控阵计算的定义和基本原理
2.相控阵计算的应用领域
3.相控阵计算的优势和局限性
4.我国在相控阵计算领域的发展现状和前景
正文
相控阵计算是一种基于相位控制原理的高效计算方法，其基本原理是通过控制信号的相位来实现对信号的幅度和相位的调整，从而实现对波束的形成和控制。
相控阵计算在很多领域都有广泛的应用，包括通信、雷达、声呐、光学等领域。
在通信领域，相控阵计算可以用于实现波束赋形，从而提高信号传输的质量和效率。
在雷达领域，相控阵计算可以用于实现对目标的精确定位和识别，提高雷达系统的性能。
在声呐领域，相控阵计算可以用于实现对水下目标的探测和定位，提高声呐系统的性能。
在光学领域，相控阵计算可以用于实现对光束的控制，提高光学系统的性能。
尽管相控阵计算具有很多优势，但也存在一些局限性。
首先，相控阵计算需要对信号的相位进行精确控制，这需要使用高精度的相位控制设备。
其次，相控阵计算需要处理大量的数据，这需要使用高效的计算方法和算法。
我国在相控阵计算领域有着较高的技术水平和丰富的应用经验。
我国已经成功研发出一系列相控阵计算设备，包括相控阵雷达、相控阵声呐等。
第1页共1页。
相控阵计算
相控阵计算摘要：I.相控阵计算简介A.相控阵计算的定义B.相控阵计算的应用领域II.相控阵计算的基本原理A.相控阵计算的基本思想B.相控阵计算的数学模型III.相控阵计算的方法A.传统的相控阵计算方法B.现代的相控阵计算方法IV.相控阵计算的优缺点A.优点1.高精度2.高效率3.多功能B.缺点1.计算复杂度高2.对计算机性能要求高V.相控阵计算的发展趋势A.未来相控阵计算的应用领域B.相控阵计算技术的发展方向正文：相控阵计算是一种基于相位控制技术的信息处理方法，广泛应用于雷达、声呐、通信等领域。
通过精确控制阵列中各天线发射信号的相位，相控阵计算可以实现对波束指向、形状和幅度的控制，从而提高系统的探测、跟踪和通信能力。
相控阵计算的基本原理是通过改变阵列中各天线发射信号的相位来实现对波束的控制。
根据波束形成原理，我们可以通过计算阵列中各天线之间的相位差来确定波束的指向和形状。
在此基础上，通过控制阵列中各天线的相位，我们可以实现对波束的实时调整。
相控阵计算的方法可以分为传统的相控阵计算方法和现代的相控阵计算方法。
传统的相控阵计算方法主要采用模拟电路实现，其优点是结构简单、成本低，但缺点是精度较低。
现代的相控阵计算方法主要采用数字信号处理技术，通过计算机对信号进行处理，其优点是精度高、功能强大，但缺点是对计算机性能要求较高。
相控阵计算具有许多优点，如高精度、高效率和多功能。
然而，它也存在一些缺点，如计算复杂度高、对计算机性能要求高。
为了解决这些问题，未来的相控阵计算技术将朝着更高精度、更高效、更智能的方向发展。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：1、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理： CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
偶极子天线特征频率
偶极子天线特征频率
偶极子天线是一种非常常见的天线类型，通常用于无线通信系统中。
它是一种具有双极性辐射特性的天线，可以实现水平和垂直方向的辐射。
偶极子天线的特征频率是指其工作频率范围中的一个重要频率，通常是其
最佳性能的频率。
在这个特征频率处，偶极子天线的辐射效率最高，辐射
图案最稳定。
偶极子天线的特征频率受到很多因素的影响，包括天线的尺寸、结构、工作环境等。
一般来说，偶极子天线的特征频率可以通过其长度来确定。
偶极子天线的长度通常是其所处频率的波长的一半，因此特征频率可以通
过以下公式计算：
f=c/(2*L)
其中，f为特征频率，c为光速，L为偶极子天线的长度。
在实际应用中，偶极子天线的特征频率通常是设计时考虑的一个重要
参数。
通过调整天线的尺寸和结构，可以实现在不同频率范围内的性能优化。
偶极子天线的特征频率决定了其在特定频段内的辐射特性，如增益、
方向性、波束宽度等。
另外，偶极子天线的特征频率也会影响到其在系统中的应用。
在无线
通信系统中，通常会根据系统的频段要求选择合适频率范围内的天线，以
保证系统的正常工作。
因此，了解偶极子天线的特征频率是设计和应用中
必不可少的一步。
总的来说，偶极子天线的特征频率是其在特定频率范围内最佳性能的
体现，是其设计和应用中需要关注的重要参数。
通过合理设计和选择，可
以实现偶极子天线在无线通信系统中的优异性能表现。
短波偶极子帘幕相控阵天线设计及方向图计算
短波偶极子帘幕相控阵天线设计及方向图计算张明; 邓朝阳; 王力; 涂帅【期刊名称】《《船电技术》》【年(卷),期】2019(039)008【总页数】4页(P47-50)【关键词】偶极子帘幕相控阵天线; 相位控制; 方向图【作者】张明; 邓朝阳; 王力; 涂帅【作者单位】91351 部队辽宁兴城 125106【正文语种】中文【中图分类】TN821相控阵技术是通过控制各单元的相位、幅度来控制波束的扫描，为实现赋形波束及波束的无惯性扫描提供了技术支持。
因此，相控阵技术在雷达等领域得到了广泛的应用。
在通信方面，短波通信具有极其重要的战略地位，短波相控阵天线可通过波束控制器来控制天线辐射波束指向，一个天线阵覆盖较宽的通信扇面。
在短波波段，偶极子帘幕形天线占地面积小，发射场型的变动比较灵活，天线的辐射性能随天线阵偶极子的层数和每层的半波振子数目的变化而改变，基于帘幕天线这种特性，本文设计了两副偶极子帘幕相控阵天线，覆盖了10～30 MHz的通信波段范围和80º的波束扫描范围。
本节参考文献的相位控制方法：通过改变信号的传输路径来改变输出信号的相位，并借鉴文献的天线形式和结构，设计了一副短波四元相控阵天线：偶极子帘幕相控阵天线。
这种相控阵天线系统有两种方案可供选择：1) 移相器工作在大功率发射机后面，先由发射机产生一个大功率短波射频信号，然后通过移相器来改变大信号的相位，最后把经过移相的信号送到天线；2) 移相器工作在发射机前面，先将短波激励器产生的小射频信号经过移相器控制相位的变化，然后将经过移相的小信号通过发射机进行功率放大，最后把放大的信号送到天线。
这两种设计方案的最大区别就是移相器的位置，第一种方案中的移相器必须满足大功率工作要求，如果按照这种方案设计相控阵天线，首先要解决的是大功率短波移相器的设计问题。
本文采用延迟线来设计短波大功率移相器，这种方案的优点在于对发射机输出信号相位没有任何要求，它是通过移相器来控制信号相位变化的。
半波偶极子天线长度计算
半波偶极子天线长度计算半波偶极子天线是一种常用的天线类型，其长度通常为其工作波长的一半。
在计算半波偶极子天线长度时，可运用简单的公式：L = λ/2其中，L代表天线的长度，λ代表天线的工作波长。
在计算半波偶极子天线长度时，首先需要确定其工作波长。
波长可以通过以下公式进行计算：λ = c/f其中，λ代表工作波长，c代表光速（常数，约为3×10^8m/s），f代表频率。
为了计算出频率，可以参考以下内容：1. 天线规格书或说明书：从天线的规格书中可以找到频率的值，从而计算出工作波长。
2. 信号发射源：如果天线已安装在一个发射源上（例如Wi-Fi路由器），可以通过查看发射源的频率来计算工作波长。
3. 无线电频率数据库：无线电频率数据库可以提供各种无线电频率的信息，可以根据所需频率查询相应的工作波长。
换句话说，可以通过测量或查询天线工作的频率，然后根据光速和频率计算出波长。
接下来，将波长除以2即可得到半波偶极子天线的长度。
在实际情况中，半波偶极子天线的长度也可能受到其他因素的影响，例如天线的厚度、材料和附加元件等。
因此，在确定半波偶极子天线的最精确长度时，还需要考虑这些因素，并使用更复杂的模拟或计算方法。
同时，为了更好地理解半波偶极子天线的原理和计算方法，可以参考以下相关内容：1. 《微波工程导论》（作者：张艾玲）：该书介绍了天线的基本原理、设计与应用，包括半波偶极子天线的计算方法和性能分析。
2. 《无线电频率工程》（作者：王斌）：该书详细介绍了天线的原理与设计，包括半波偶极子天线的计算公式和实际应用。
3. 《天线与电磁兼容》（作者：张忠民）：该书从理论和实践的角度讲解了天线的基本原理、设计与应用，包括半波偶极子天线的长度计算和性能分析。
请注意，由于本文不得出现链接，无法提供具体的书籍页码或链接。
但是以上提到的书籍可以通过各大电子商务网站或图书馆的书籍查询系统获取。
半波偶极子天线长度计算
半波偶极子天线长度计算半波偶极子天线是最常用的天线类型之一，常用于广播、通信和无线网络等领域。
它的长度是根据工作频率来确定的，下面将详细介绍半波偶极子天线长度的计算方法和相关参考内容。
半波偶极子天线的长度是指天线的主导长度，它通常等于工作波长的一半。
天线的长度直接影响到天线的工作频率和辐射效果。
在计算半波偶极子天线的长度时，首先需要确定工作频率。
工作频率可以通过所需通信频率或无线网络的频率来确定。
一般来说，在广播和通信领域中，工作频率是已知的。
假设工作频率为f，可以通过以下公式计算半波偶极子天线的长度：Length = 300 / f其中，Length为天线的长度，f为工作频率，300为光速的近似值（单位为米/秒）。
需要注意的是，这个公式是基于天线的长度为半波长，即λ/2。
在实际应用中，为了提高天线的性能和进行相应的调整，可能会对天线的长度进行微调或调整。
以上是计算半波偶极子天线长度的简单方法。
如果想深入了解更多的相关知识，可以参考以下的书籍和期刊论文：1. Antenna Theory: Analysis and Design by Constantine A. Balanis (2005)本书是天线理论与设计领域的经典教材，适合想要深入了解天线原理和设计的读者。
2. Antenna Theory and Design by Warren L. Stutzman and Gary A. Thiele (2012)本书提供了天线理论和设计的全面介绍，涵盖了不同类型的天线和计算方法。
3. IEEE Antennas and Propagation Magazine这是IEEE Antennas and Propagation Society发行的一本期刊，涵盖了天线理论、设计和应用方面的最新研究成果。
4. International Journal of Antennas and Propagation这是一本开放获取的期刊，发表了天线和传播方面的研究论文，涵盖了天线设计、性能分析和优化等领域。
FEKO应用4_相控阵天线资料
FEKO应用4_相控阵天线资料FEKO应用4:天线系列内容:线性偶极子相控阵一、模型描述工作频率:freq=1GHz天线:采用51源偶极子组成的偶极子阵列(垂直极化放置)天线振子长度:0.45*lam，沿X方向平行排列天线阵列单元排布规律参见文本格式文件[图2所示]:../started/arrayLayout.inc天线阵列单元的激励幅度和相位参见文本格式文件[图3所示]:../started/Mag_phase.inc注:上述两个文件中单元的幅度和相位排布要和坐标位置排列对应，如单元位置文件的第二行描述的是端口1，在单元激励幅度与相位文件的第二行对应的就是端口1对应的激励和相位。
注:该例子中天线阵列单元排布规律文件的坐标值是以m单位给定的，所以在CadFEKO中建模的时候，也是采用m的单位，这个要注意对应。
天线单元的复制和激励的添加均在EditFEKO中完成。
图1:阵列的模型示意图图2:天线阵列各单元的位置(X坐标、Y坐标、Z坐标)，第一行是注释图3:天线阵列各单元的幅度和相位(幅度、相位组合1、相位组合2…)第一行描述主瓣指向角度与第二行均为注释行二、主要流程:启动CadFEKO，新建一个工程:dipole_array.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。
2.1 定义变量:在左侧树型浏览器中，双击“Variables”节点，依次定义如下变量: 工作频率:freq=1e9工作波长:lam=c0/freq2.2 模型建立:天线模型建立:在“Construct”菜单中，点击“Line”，弹出“Create line”对话框，定义线段的起始点坐标:Start Point (U:0.0, V: 0, N: -lam*0.225), End point (U:0.0, V:0.0, N:lam*0.225)，Label: dipole，点击“Create”。
图4:天线模型建立2.3 天线端口设置:在左侧树型浏览器中，展开“Model->Geometry”节点，选中新建的“dipole”模型，在左下角的“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”(注:该名称在EditFEKO中进行模型复制平移-TG的时候要对应)，点击鼠标右键选择“Create port->Wire port”，在弹出的“Create wire port” 对话框中，把“Location on wire”设置为“Middle”，Label:Port1(该端口的编号也和EditFEKO中应用端口复制平移TG命令用到的编号对应)，点击“Create”按钮。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
相控阵天线有源单元方向图的计算方法
e TE TE
00 00
+
V TM 00
eT M 00
+
z(
¨#
eTM 00
)
jk z 00
exp(- jkz00 z )
( 6)
式( 6) 可以表示为
30
中国 空 间科 学技 术
2009 年 12 月
E( r , H, U) = Cex p(- jkx0 x - jky0 y - jkz 00 z )
图 1 有源单元方向图计算流程
图 2 无限阵示意 图
根据电磁场叠加原理, 上半空间任意一点的场可以表示为
E ] ( r, H, U) =
e- j r
kr
E
a
(
H,
U)
F
(
H,
U)
( 1)
式中 式中
Ea( H, U) 为有源单元方向图表达式; F( H, U) 为阵因子。
]
]
F( H, U) = 2 2 ex p jmc( kx - kx0 ) + jnd ( k y - ky0 ) m = - ] n= - ]
Method for Calculating the Active Element Pattern of the Phased Array Antennas
Du Hailong Yan L ubin ( China Academy of Space Technology , Beijing 100094)
( 7)
C=
{
VTE 00
(
xk
y0
-
yk x0 ) +
V
TM 00
[
xkx
第3章 偶极子天线
3.3 偶极子天线
用等效传输线法求输入阻抗 （1）传输线与对称振子的区别 a. 传输线上沿线分布参数是均匀的
其特性阻抗为： W0 = 120 ln 式中 d 为两导线间的距离。 a 为导线半径
d a
3.3 偶极子天线
b. 传输线不是辐射系统而天线是辐射系统。 可将：
天线的辐射能量——传输线的损耗能量 —— 有损耗的开路传输线
3.3 偶极子天线
根据传输线理论
长度为l，特性阻抗为w的终端开路传输线的输入阻抗为 Z A = W cot γl , γ = β + jk
γ为传播常数，β衰减常数，k为相位常数
R1 ,Wt 为理想传输线的特性阻抗 W ≈ Wt 1 − j 2ωL1 R1 , L1单位长度电阻,电感 d
2 L 3λ/2
=
2L = 2λ
3π cos cos θ 2 f (θ ) = sin θ
f (θ ) =
cos(2 π cos θ ) − 1 sin θ
3.3 偶极子天线
• 从方向性函数我们发现偶极子天线在各方向的场强分布是 不均匀的。偶极子天线辐射场的相位与方向无关，在远区 观察点看，偶极子天线辐射场的波好似从它的馈点开始沿 着r方向传播来的，因此这点称为相位中心。 • 我们可以书中69页的图3.9发现方向图的变化：当l小于等 于半波长时，方向图随l变长而变得尖锐，只有一个波瓣， 最大辐射方向在90度；当l大于半波长时，振子上出现反向 电流，在计算远区电场时不仅要考虑场点到振子不同位置 距离差引起的相位差，还要考虑电偶极子电流的相位差， 这就导致了方向图上出现了多瓣现象，称为副瓣。 • 偶极子天线在轴向均无辐射。
3.3 偶极子天线
相控阵 波控 算法
相控阵波控算法相控阵（Phased Array）和波控（Beamforming）是无线通信和雷达等领域中常见的技术。
相控阵是一种由许多天线组成的阵列，通过调整各个天线的相位和振幅，可以实现信号的定向传输和接收。
波控则是利用相控阵来实现波束的控制，即在特定的方向上增强信号的接收或发射。
相控阵的关键是合理设置每个单元天线的相位和振幅。
其中，相位表示天线信号相对于参考信号的时间偏差，而振幅则表示天线信号的信号强度。
通过调节天线的相位和振幅，使得各个天线的信号在特定的方向上达到相干叠加，从而形成输出波束。
波控常用的算法有线性波控、非线性波控和自适应波控。
其中，线性波控是最简单的一种方法，只需根据波束的方向设置各个天线的相位即可。
非线性波控则进一步考虑了天线之间的交互影响，可以更好地抑制多径效应和干扰。
自适应波控则是根据接收到的信号和环境信息，动态调整波束参数，以适应不同的传输环境和信号目标。
在相控阵波控的算法中，常用的有波前相控（Phase Shift）和波束选择（Beam Selection）两种。
波前相控通过调节各个天线的相位，使得它们的信号达到相干叠加，从而形成波束。
波前相控算法简单直观，但对于多径效应和干扰的抑制能力相对较弱。
波束选择算法则是从预设的一组波束中选择最优的波束，以最大化信号的接收功率或减小接收干扰。
除了以上算法外，还可以采用自适应波控算法，如最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）、最大信噪比（Maximum Signal-to-Noise Ratio, MaxSINR）等。
自适应波控算法利用天线阵列接收的信号和已知环境信息，通过最小化误差函数或最大化优化指标，来自适应地调整波束参数。
这种算法可以有效抑制多径效应、消除干扰信号，并提高信号的接收质量。
总结而言，相控阵和波控是一种利用多个天线进行信号的定向传输和接收的技术。
波控算法的设计是相控阵应用的核心，包括线性波控、非线性波控和自适应波控等方法。
第四章 偶极子天线
• al ，这时可忽略端面电流，即只有 纵向电流 I z ；
• a，忽略间隙 内的位移电流所产
生的辐射场。
结论：
• 当a0时，偶极子天线上的电流分布接
近于正弦函数分布；
• 当 ka0.1时 ，偶极子天线上的电流分
布近似为：
Iz IIm mssiinnkkllzz
z0 z0
几种典型偶极子天线上的电流分布
3）任何长度的偶极子天线在轴向 0无辐射；
4）当
时，随着 增大，波瓣越来越
尖锐，且l 只有0.5主瓣，主瓣垂l 直 于振子轴；
5）当
后，出现旁瓣；
时，主瓣
消失；l 0.5
l 1
6）当 继续增大时，主瓣将变得更窄，并且旁 瓣的数目l 将波浪式地增多。
方向性的变化归根到底是由电流分布的变化引起的:
2a
dz l
z
所以，对称振子的等效特性阻抗为：
W' Wa1jka
z
a
R1' 2W a
称为对称振子的等效衰减常数。
dz
当不考虑导线本身的电阻时， R1' R1
偶极子天线的输入阻抗为：
ZA
W'
cthl
Wa
1
j
a
k
cthl
Wa
1
j
a
k
ctha
jkl
Wa
1
j
a
k
ch2sahl2caol s2k l
在天线振子上取一小段 dz，认为 dz上电
流分布是均匀的，则 dz所产生的场为：
Z
M dz 1 r1
r0 z 0 r2 z 2
dEj60I天线在M点产生的场是无数 dz在M点产生
偶极天线长度
偶极天线长度
偶极天线是一种常用的天线类型，其特点是在长度相同的情况下，与单极天线相比，具有更高的辐射效率和更低的电磁波反射损耗。
因此，偶极天线被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
偶极天线的长度是一个重要的参数，它决定了天线的频率响应和辐射特性。
一般地，偶极天线的长度应当为工作频率的半波长或者四分之一波长的整数倍。
如果天线长度过长或者过短，会导致天线谐振频率偏离工作频率，从而降低天线辐射效率。
偶极天线的长度可以通过以下公式计算：
L = λ / 2n
其中，L表示天线长度，λ表示工作波长，n为整数。
在实际应用中，常常使用四分之一波长的天线长度，即：
例如，在2.4 GHz的无线局域网中，工作波长为c / f = 0.125 m，因此偶极天线的长度为L = λ / 4 = 0.03125 m，即3.125 cm。
值得注意的是，偶极天线的长度不仅影响天线的谐振频率和辐射特性，还会对接收灵敏度和驻波比等性能产生影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求和实际情况进行合理的设计和选择。
FEKO应用4_相控阵天线资料
FEKO应用4_相控阵天线资料FEKO应用4:天线系列内容:线性偶极子相控阵一、模型描述工作频率:freq=1GHz天线:采用51源偶极子组成的偶极子阵列(垂直极化放置)天线振子长度:0.45*lam，沿X方向平行排列天线阵列单元排布规律参见文本格式文件[图2所示]:../started/arrayLayout.inc天线阵列单元的激励幅度和相位参见文本格式文件[图3所示]:../started/Mag_phase.inc注:上述两个文件中单元的幅度和相位排布要和坐标位置排列对应，如单元位置文件的第二行描述的是端口1，在单元激励幅度与相位文件的第二行对应的就是端口1对应的激励和相位。
注:该例子中天线阵列单元排布规律文件的坐标值是以m单位给定的，所以在CadFEKO中建模的时候，也是采用m的单位，这个要注意对应。
天线单元的复制和激励的添加均在EditFEKO中完成。
图1:阵列的模型示意图图2:天线阵列各单元的位置(X坐标、Y坐标、Z坐标)，第一行是注释图3:天线阵列各单元的幅度和相位(幅度、相位组合1、相位组合2…)第一行描述主瓣指向角度与第二行均为注释行二、主要流程:启动CadFEKO，新建一个工程:dipole_array.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。
2.1 定义变量:在左侧树型浏览器中，双击“Variables”节点，依次定义如下变量: 工作频率:freq=1e9工作波长:lam=c0/freq2.2 模型建立:天线模型建立:在“Construct”菜单中，点击“Line”，弹出“Create line”对话框，定义线段的起始点坐标:Start Point (U:0.0, V: 0, N: -lam*0.225), End point (U:0.0, V:0.0, N:lam*0.225)，Label: dipole，点击“Create”。
图4:天线模型建立2.3 天线端口设置:在左侧树型浏览器中，展开“Model->Geometry”节点，选中新建的“dipole”模型，在左下角的“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”(注:该名称在EditFEKO中进行模型复制平移-TG的时候要对应)，点击鼠标右键选择“Create port->Wire port”，在弹出的“Create wire port” 对话框中，把“Location on wire”设置为“Middle”，Label:Port1(该端口的编号也和EditFEKO中应用端口复制平移TG命令用到的编号对应)，点击“Create”按钮。
天线增益的计算公式
天线增益的计算公式骆驼发表于2008-01-09 02:34 ||阅读2,179 views天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。
增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100/20=5W。
换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。
半波对称振子的增益为G=2.15dBi。
4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。
如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd。
半波对称振子的增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。
）垂直四元阵，其增益约为G=8.15–2.15=6dBd。
天线增益的若干计算公式1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。
对于一般天线，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}式中，2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；32000是统计出来的经验数据。
2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}式中，D为抛物面直径；λ0为中心工作波长；4.5是统计出来的经验数据。
3）对于直立全向天线，有近似计算式G（dBi）=10Lg{2L/λ0}式中，L为天线xx；λ0为中心工作波长；天线的增益的考量在无线通讯的实际应用中，为有效提高通讯效果，减少天线输入功率，天线会做成各种带有辐射方向性的结构以集中辐射功率，由此就引申出“天线增益”的概念。
偶极子天线 参数
偶极子天线参数
偶极子天线是一种非常常见的天线结构，用于接收和发送无线电信号。
它由两个相等长度的导体构成，通常被称为“臂”。
这些臂平行于彼此，且彼此之间等距离，其长度通常为波长的四分之一或半个波长。
偶极子天线最常用的参数是长度和方向。
长度越长，天线的频率响应范围就越宽，但其定向性也会增强。
方向则决定了天线的辐射图案和灵敏度方向。
除此之外，偶极子天线的功率处理能力、电阻特性和频率响应等参数也极为重要。
在设计偶极子天线时，需要平衡这些参数，以达到所需的性能指标。
- 1 -。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
36
三种方法之总结
• 由单个天线计算天线阵：
–未考虑天线结构之间的耦合,未考虑激励之间的影 响。
• 整体模型，单独串行激励计算辐射场：
–计算仅涉及天线结构之间的相互影响。
• 整体模型，同时并行激励：
–同时涉及结构和激励的相互影响。
37
练习：微带相控阵天线的计算
38
谢谢大家！
39
6
创建缝隙处圆柱，并减之
先选被减数，再选减法操作， 最后选减数，回车确认
7
创建离散端口
8
求解设置
9
在中心频点，添加远场监视器
10
瞬态时域求解
11
端口时域信号
12
S参数
13
远场
14
相控阵天线计算的三种方法
15
第一种方法
16
Project另存为dipole arrayed antenna_1
17
第一种方法
18
第一种方法
19
第一种方法
20
第二种方法
21
第二种方法
将project另存，回到单天线，删除结果
Project另存为dipole arrayed antenna_2
22
第二种方法
23
第二种方法
24
第二种方法
25
第二种方法
26
第二种方法
对称边界条件中，去掉两个磁壁，只保留 电壁----因为必须保证所有端口都能留下了
特别注意
27
第二种方法28选择 Nhomakorabeaesults-Combine Results..命令
第二种方法
29
第二种方法
30
第二种方法
31
第三种方法
32
第三种方法
将project另存，删除结果
Project另存为dipole arrayed antenna_3
33
第三种方法
34
第三种方法
35
第三种方法
CST STUDIO SUITETM 偶极子相控阵天线的计算
2010年10月
2
单个天线尺寸
l2
d
圆杆半径r
单位：mm lambda=10 r=0.003369*lambda l2=0.5*lambda d=0.025*lambda
3
选择模板
4
保存
命名为：dipole antenna
5
创建天线振子