偶极子天线特性实验报告
偶极子天线特征研究
微波偶集极子——偶极子天线特性研究原理能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。
天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。
对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。
天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。
通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。
但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。
这里我们通过实验来研究天线的指向性。
天线的形式1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。
其半径为a ，线长为l 。
这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。
2a忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为：θθβθβθsin )()cos()cos cos()(max f l l f −=式中β是相位因子β=2π/λ。
下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。
下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。
0.20.40.60.81.003060901201501802102402703003300.00.20.40.60.81.0图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 2 l/λ=0.5时的方向函数0.000.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.250.500.751.00图 4 l/λ=1时的方向函数0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 3 l/λ=0.75时的方向函数图中的0度方向为振子的垂线方向，0度指的是与波矢的夹角为0。
注意到0度时天线接收的能量是0。
这是容易理解的，因为这时振子处于同一波阵面中或是对称的，不会在振子中激起电流。
微波实验天线特性的测量实验报告
天线特性的测量实验报告一、实验目的1．了解天线的基本特性参数 2.测量天线的频率特性，方向图3.了解鞭状天线、八木天线、壁挂天线等的构造及特性 4．学会用频谱仪测量天线的方向图。
二、实验仪器1．鞭状天线、八木天线、壁挂天线。
（选购）2．微波信号源。
（选购或用锁相源、跟踪振荡器等代替） 3．频谱仪。
（标配） 4. 频谱分析仪 三、天线测量原理天线是向空间辐射电磁能量，实现无线传输的重要设备。
天线的种类很多，常见天线分为线天线和面天线两大类。
高频、超高频多用线电线，微波常用面天线。
每一类天线又有很多种，常见的线天线，有鞭状天线、八木天线、偶极子天线等。
常见的面天线有抛物面天线、喇叭口天线等。
天线的基本参数有天线方向图 ，主瓣波束宽度、旁瓣电平、带宽、前后向比、极化方向、天线增益、天线功率效率、反射系数、驻波比、输人阻抗等等。
本实验对天线的方向图进行测试。
天线向空间辐射电磁能量，在不同的方向辐射的电磁能量的大小是不相同的，将不同方向天线辐射的相对场强绘制成图形，称为天线方向图。
1 方向图函数和方向图天线的最基本特性是它的方向特性。
对发射天线来说，方向特性通常是表示在相同距离条件下天线的远区辐射场与它的空间方向之间的关系。
描述天线的方向特性，最常用的是方向图函数和方向图。
方向图函数是定量表示远区天线辐射能量在空间相对分布情况的一个参数，通常是指远区同一距离处天线辐射场强(或能流密度)的大小与方向坐标关系的函数。
若用图形把它描绘出来，便是天线方向图。
其中表示场强大小与方向关系的，称为场强振幅方向图，表示能流密度大小与方向关系的，称为功率方向图。
习惯上又把场强振幅方向图简称为场强方向图，或进一步简称为方向图。
把场强振幅方向图函数用),(θf 表示，或进一步简写成f (,)θϕ。
把最大值为1的方向图称为归一化方向图。
把归一化场强振幅方向图函数用F(,)θϕ表示，或进一步简写成F(,)θϕ。
方向图一般是三维立体图形。
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：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。
实验三_半波偶极子
实验三 半波偶极子一、【实验目的】1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理；3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图二、【实验仪器】计算机一台、HFSS 软件三、【实验内容】1、对半波偶极子进行HFSS 建模2、仿真计算其特性参数四、【实验原理】半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。
五、【实验步骤】本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。
根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。
故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。
1、初始步骤（1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。
（2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。
（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。
2、设计建模1）创建偶极子天线模型首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。
并将其改为铜黄色。
画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。
然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。
由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。
2）、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于XY平面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
天线特性测量实验-中山大学物理学院2016
914MHz 2450MHz
20
30
40
50
60
图 7、相位延迟角度与衰落电平值的关系曲线图
如果忽略其余环境因素，仅考虑相位延迟芯片模拟的两路电磁波相干引起的电平衰落， 则理论上，直射波 E0 cos 和相位延迟反射波 E0 cos( ) （ 为相位延迟角度）合成的 总波应为：
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图 5、2450MHZ 频率天线的 H 面辐射方向图
图 6、914MHZ 天线的 H 面辐射方向图
结论：2450MHz 频率的 H 面辐射方向图由两瓣组成；914MHz 频率的 H 面辐射方向图的轨 迹大致呈圆形，呈现全方向特性。
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物理学院
近代物理实验 I
二、
相位延迟实验
1、从 0°到 180°，每次增加 10°相位延迟，记录衰落电平值 A．频率为 914MHZ 的天线的相位延迟数据如下表 3： 相位延迟/° 衰落电平/dBm 相位延迟/° 衰落电平/dBm 0 -32.8 100 -43.0 10 -33.6 110 -45.1 20 -34.2 120 -46.7 30 -34.8 130 -47.3 40 -36.9 140 -49.2 50 -37.5 150 -49.0 60 -38.3 160 -49.2 70 -41.0 170 -52.4 80 -39.5 180 -60.8 90 -39.5 \ \
图 2、先测量垂直极化（左） ，然后在同一位置测量平行极化（右） 1/6
物理学院
近代物理实验 I
图 3、先测量平行极化（左） ，然后在同一位置测量垂直极化（右）
比较分析图 2 的垂直极化和水平极化，如下表 1： 主瓣的最大功率值 垂直极化 平行极化 \ -20dBm -12dBm 主瓣峰值对应角度 59° 0° 主瓣位置相差约 45° 半功率角θHP 38.7° 112.5° \
半波偶极子天线设计
微波技术与天线实验报告
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。
三：求解设置
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。
从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.
3.查看E场的增益图。
在Radiation节点设置E平面。
此图为电场的切面图。
从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。
偶极子天线实验报告
偶极子天线实验报告一、引言偶极子天线是一种常见的无线通信天线，广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信等领域。
本实验旨在通过实际操作，验证偶极子天线的工作原理和性能。
二、实验目的1. 了解偶极子天线的基本原理和结构；2. 掌握偶极子天线的调整方法和性能测试；3. 分析偶极子天线的辐射特性，并比较不同参数对天线性能的影响。
三、实验器材1. 偶极子天线；2. 信号源；3. 高频信号发生器；4. 示波器；5. 电源。
四、实验步骤1. 搭建实验平台：将偶极子天线固定在天线架上，并将信号源与天线连接。
调整天线的位置和方向，使其与信号源保持最佳匹配。
2. 测量天线增益：通过改变信号源的频率，测量天线在不同频率下的增益，并绘制增益-频率曲线。
3. 测量天线辐射方向图：将天线固定在水平方向上，通过旋转天线架，测量天线在不同角度下的辐射功率，并绘制辐射方向图。
4. 测量天线阻抗：将信号源与示波器连接，测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，并计算天线的输入阻抗。
5. 调整天线参数：根据实验结果，调整天线的长度、宽度等参数，观察天线性能的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果：根据实验数据，绘制了天线增益-频率曲线，得出天线在特定频率范围内具有较高的增益。
实验数据还显示，天线在水平方向上具有较好的辐射特性，辐射范围较宽。
通过调整天线的参数，可以进一步优化天线性能。
2. 实验分析：偶极子天线的增益与频率有关，通常在某个特定频率下具有最大增益。
这是因为天线的长度和频率之间存在共振关系，只有在共振频率下，天线才能有效地辐射和接收电磁波。
而在共振频率附近，天线的增益会显著下降。
天线的辐射方向图描述了天线在不同方向上的辐射功率分布。
通过测量不同角度下的辐射功率，可以绘制出辐射方向图。
一般来说，偶极子天线的辐射方向图呈现出较为均匀的辐射特性，在水平方向上具有较好的辐射范围。
天线的阻抗是指天线输入端的电阻和电抗之和。
通过测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，可以了解天线的阻抗匹配情况。
天线研究报告
天线研究报告1. 引言天线是无线通信系统中的重要组成部分，其作用是将电磁波从传输线（如电缆）中转换为空中的电磁波，或者将空中的电磁波转换为传输线中的电磁波。
天线的设计和研究对于提高无线通信系统的性能至关重要。
本报告将对天线的研究进行概述，并介绍一些常见的天线类型和应用场景。
2. 天线的基本原理天线的基本原理是根据远场近似下的Maxwell方程组解，通过适当设计的导体结构来辐射或接收电磁波。
天线可以根据处理的波束方向和频率范围进行分类。
常见的天线类型包括： - 简单天线：如偶极子天线，非常适合工作在理想频率。
- 多频段天线：由多个简单天线组成，可以同时工作在多个频段。
- 方向性天线：通过减少辐射功率到特定方向外，降低其他方向的功率传输。
- 定向天线：通过通过形成一个窄波束，在某个方向上具有高增益。
3. 常见的天线设计3.1 偶极子天线偶极子天线是最简单的天线类型之一，由两根长度为λ/2的导线组成，其中λ是工作频率的波长。
偶极子天线的设计具有广泛的应用，包括无线通信、广播和雷达系统。
3.2 射频饰面天线射频饰面天线是一种采用导电饰面作为天线元素的创新设计。
通过设计导电饰面的形状和排列方式，可以获得更好的辐射特性。
射频饰面天线广泛应用于智能手机和无线通信设备中，提供更稳定和高效的无线通信性能。
3.3 微带贴片天线微带贴片天线是一种非常薄小的天线，可以在微型设备中方便地安装和集成。
微带贴片天线由一片金属贴片和一块底板组成，通过微带线连接到射频设备。
微带贴片天线在移动通信设备、卫星通信和雷达系统中得到广泛的应用。
4. 天线性能评估天线性能评估是天线研究中的重要一环，常见的评估指标包括辐射效率、增益、方向性和带宽。
辐射效率是指天线将输入功率转化为辐射功率的能力，通常以百分比表示。
增益是指天线辐射功率相对于参考天线（如理想偶极子天线）的增加倍数。
方向性是指天线辐射功率在不同方向上的分布，通常以来向性图表示。
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。
利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性
利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性摘要：天线作为电子系统发射和接收电磁波的装置，极易与电磁脉冲发生耦合，从而干扰电子系统工作或使接收机阻塞，甚至损坏接收设备的敏感元件。
偶极子天线是一种典型的线天线，结构形式简单，应用广泛，但工作频带较窄。
当宽谱电磁脉冲入射时，输出响应包含带内响应与带外响应两部分。
近年来，诸多研究者针对线天线与电磁脉冲的响应特性进行了大量研究，如采用互易定理推导了对称振子天线的耦合长度与耦合面积、矩量法计算单极子天线在电磁脉冲辐照下时域和频域的响应特性、时域有限差分法计算偶极天线对电磁脉冲的耦合特性、时域积分法计算天线瞬态响应等。
数值计算方法可较为精确地计算得到天线的带内带外响应，然而计算过程需建立数值模型且划分网格，耗时较长且复杂。
与之相比较，等效电路分析方法方便快捷。
为此，文章围绕利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性方面进行分析，具有重要的现实意义。
关键词：偶极子天线；等效电路；带外响应特性引言：对偶极子天线进行集总参数等效电路建模，通过实验与数值模拟对等效电路的输出响应结果进行对比分析。
研究结果表明：偶极子天线集总参数等效电路可用于分析偶极子天线带外响应问题，适用的频率范围为直流至偶极子天线的第二谐振点。
当入射电磁脉冲的频谱范围位于该频率范围内时，可采用集总参数等效电路分析计算天线的输出响应；若入射电磁脉冲频谱超出该频率范围时，则由等效电路计算得到的输出响应波形将发生明显畸变，即该等效电路将不适于研究天线的带外高频问题。
该研究结果明确了集总参数等效电路的适用频率范围，将有助于准确地应用集总参数等效电路来分析电磁脉冲与天线的响应问题。
1、微带偶极子天线的结构将工作于半波状态的对称振子天线与微带天线技术相结合。
整个天线结构分为5部分，即介质层、偶极子天线臂、微带巴伦线、微带传输线和天线馈电面。
其中，介质层的材质为相对介电常数εr=4.4的环氧树脂玻璃纤维板(FＲ4)，采用双面敷铜，构成偶极子天线的两臂、微带馈线和微带巴伦。
多偶极子天线研究及其应用
多偶极子天线研究及其应用随着无线通信技术的快速发展，天线作为传输和接收信号的关键部件，其性能对通信系统的性能有着至关重要的影响。
多偶极子天线作为一种新型天线，具有高定向性、高集成度和易于制造等优点，在无线通信领域具有广泛的应用前景。
本文将对多偶极子天线的研究及其应用进行简要介绍。
关键词：多偶极子天线、无线通信、定向性、集成度、应用前景多偶极子天线是一种由多个偶极子组成的阵列天线，具有高定向性和高集成度的优点。
与传统的偶极子天线相比，多偶极子天线通过控制每个偶极子的相位和振幅，可以实现更高效的信号传输和更灵活的波束扫描。
多偶极子天线的紧凑尺寸使其适合于高密度部署和集成到各种平台中，因此在无线通信、卫星导航、雷达探测等领域都具有广泛的应用前景。
多偶极子天线的理论分析可以从多个方面展开。
从物理原理上来说，多偶极子天线利用了电磁波的干涉和衍射原理，通过控制每个偶极子的相位和振幅来合成特定方向的辐射场。
多偶极子天线的阻抗匹配和辐射效率是影响其性能的关键因素，可以通过优化设计来提高这些参数。
制作工艺也是影响多偶极子天线性能的一个重要因素，包括材料的选取、加工精度和装配质量等。
实验研究是多偶极子天线研究的重要环节。
在实验中，我们可以通过对比不同设计方案的多偶极子天线的性能，来验证理论分析的正确性。
例如，通过对比不同相位和振幅配置下的天线辐射场分布，可以得出最优的相位和振幅配置。
另外，实验研究还可以探索多偶极子天线在不同环境和不同工作频率下的性能，为其在实际应用中的推广提供依据。
多偶极子天线在通信、卫星导航、电力传输等领域都有广泛的应用前景。
在通信领域，多偶极子天线可以用于实现高效率的信号传输和高速数据通信。
例如，在蜂窝网络中，通过使用多偶极子天线，可以实现更高效的频谱利用和更高的系统容量。
在卫星导航领域，多偶极子天线可以用于实现更精确的定位和更稳定的信号接收。
在电力传输领域，多偶极子天线可以用于实现无线电力传输，提高电力传输的效率和灵活性。
印刷偶极子天线FSS仿真研究报告
印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究温州大学 愚 公2012年10月20日一、 所用仪器1、装有windows XP系统的PC一台2、HFSS10.0仿真软件二、 操作步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。
定义对称偶极子天线的基本参数并初始化，如下表。
2、创建印刷偶极子天线模型如图。
其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
过程省略。
3、设置端口激励印刷偶极子天线由中心位置馈电。
4、设置辐射边界条件要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。
这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。
5、外加激励求解设置设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz，同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。
三、 实验结果1、回波损耗S11回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。
HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别，具体步骤如下面三个图所示：其余各项结果的输出基本类似。
以下不再赘述。
图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗，设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。
2、电压驻波比VSWR电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。
由图可以看到在2.45GHz附近时，电压驻波比约为1.1，说明此处接近行波，传输特性比较理想。
3、smith圆图史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。
采用双线性变换，将z复平面上。
实部 r=常数和虚部 x＝常数两族正交直线变化为正交圆并与：反射系数|G|=常数和虚部x＝常数套印而成。
图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部，在中心频率 2.45GHz时，归一化输入阻抗为0.998‐j04,折合49.9‐j2，呈弱电容性。
4、输入阻抗传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。
偶极子天线特性实验报告
偶极子天线特性实验学号：10329060 姓名：林斋帆 2010光信二班合作人：王贝珊实验日期：2013/4/11一、实验目的1、理解半波偶极子天线的基本功能2、测量半波偶极子天线E面得辐射模式3、测量半波偶极子天线H面的辐射模式二、实验原理图1所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。
在图a中，总长度是半个波长，图b中，电流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为0。
a) 结构图 b)电流分布图1 半波偶极子天线的结构模型和电流分布图半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为 70+j0Ω 。
电流流过Z轴，分布由公式（1）进行计算：I(z)=I0sin[k(λ4−|z|)]（1）其中馈电电流大小为10，端点的大小为0。
电流引起的辐射电场为：Eθ(θ)=jωμ2I0k∙e−jkr4πrF(θ)（2）波函数从公式（2）到下面的公式（3）中：F(θ)=Eθ(θ)E MAX=cos[(π2⁄)cosθ]sinθ（3）功率的计算公式如下：P(θ)=|F(θ)|2={cos[(π2⁄)cosθ]sinθ}2（4）根据公式（4）可绘出下面的辐射图。
电流从南边流向北，沿着Z轴的正方向。
在这个图中，最大辐射发生在θ=±90°的方向上，而在θ=0°，180°的方向上没有辐射。
图2 半波偶极子天线辐射模式在试验中使用的半波偶极子天线有两种：914.5125MHz（将略写成914MHz）和2.45GHz，其波长大小分别为328.04mm和122.45mm。
为了去掉天线输入阻抗中的电抗部分，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可，这个比率称为天线的缩短比例。
还有，如果将天线印刷在绝缘的电路板上，由于绝缘的原因也将导致其性质会有一定的变化趋势。
特别的，绝缘板引起的比例变化将使天线的有效波长减小从而导致天线的尺寸相比于在开阔场地要小一些。
根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示：λeff=0√ε（5）其中，λ0表示在开阔场地的波长大小，λeff代表有效波长。
矩量法分析偶极子天线 实验报告
矩量法分析偶极子天线实验报告姓名：xxx学号：xx141544114 班级：通信（通信）141偶极子天线作为一个底增益的辐射单元。
本文用MATLAB软件实现了偶极子天线的电流分布、增益、方向图等参数,对不同半径、不同长度的偶极子天线性能进行比较分析,画出结果图,最后得出结论:矩量法分析能够非常接近解析解,说明其正确性。
基于matlab实验程序function current=twopotential(l)a=0.001;wl=1;NO=20*l;u0=4*pi*1e-7;e0=8.8541e-12;omiga=2*pi*3e8/wl;omigae=i*omiga*e0;omigau=i*omiga*u0;k=2*pi/wl;N=2*NO+1;dl=l/(N+1);v=zeros(N,1);v(NO+1,1)=1;z=zeros(N);e_n=zeros(1,N);for m=1:Nfor n=1:Ntt=(2*phi_P(m,n,dl,a,wl)-phi_P(m+1,n,dl,a,wl)-phi_P(m-1,n,dl,a,wl))/o migae;z(m,n)=omigau*dl^2*phi_P(m,n,dl,a,wl)+tt;endendcurrent=inv(z)*v;current=[0;current;0];zz=-l/2:dl:l/2;plot(zz,abs(current),'linewidth',2)xlabel('z');ylabel('y')function phi=phi_P(m,n,l_n,a,wl)k=2*pi/wl;if m==nphi=log(l_n/a)/(2*pi*l_n)-k*i/(4*pi);elseR=sqrt((m-n)^2*l_n^2+a^2);phi=exp(-i*k*R)/(4*pi*R);end实验结果图示图示1 L =0.5电流分布图图示2 L=1电流分布图实验分析：由实验仿真以及参考文献中的结论得出：如果长度为0.5λ的整数倍,天线处于谐振状态,整个天线上电流分布比较接近正弦波,当天线总长度是3,5,7…奇数倍于半波长时,天线的部分辐射在法向相互抵消,但总有半波长的辐射没有抵消,因此在法向有较大辐射。
半波偶极子天线分析报告
微波技术与天线实验报告
2.添加变量
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为，并设置天线的材料为，透明度为，位置用进行表示。
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
，选择，输入，这样即可生成天线的第二个臂。
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为Ω。
设置完成后，点击，在矩形面的下边缘处移动鼠标指针，单击确定下边缘的中点位置，沿轴向上移动鼠标指针，单击确定上边缘的中点位置。
完成设置。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择。
三：求解设置
将求解频率设置为，最大迭代次数为，收敛误差为。
四、设计检查
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
五、查看天线的谐振点
将进行分析，然后生成天线的谐振点图：
从图中可以看出，当频率为时，的值最小，为。
六、查看天线的各项性能
.查看的史密斯圆图。
从圆图中可以看出，在时，天线的归一化阻值为。
2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为之间，电压驻波比小于. .查看场的增益图。
在节点设置平面。
设置完成后查看方向的增益图：
操作完成后，生成增益方向图：
从此图可以看出增益最大为轴方向，值为。
.查看天线的其他参数：。
2024-印刷偶极子天线设计
在Layout中绘制天线
将设计的层 面改为cond ，重复上面 的设计，完 成对于顶层 cond的设计 ，可以得到 右图：
图中，红色是对应cond层〔顶层〕，黄色对应 cond2〔底层〕，下面在顶层与底层之间加上一个 通孔
在Layout中绘制天线
下面在cond与cond2层之间加 一个通孔〔Via〕，选择层为 ：
同样，点击鼠标右键的 “measure〞，可以测量 相对尺寸，如右图：
在Layout中绘制天线
完成对底层cond2的全部设计，如以下图中
在Layout中绘制天线
选择： Option=>Layers, 将cond2的Shape Display由filled 改为outlined， 这样便于测量尺 寸。可得右图：
在Layout中绘制天线
由于我们设计的 是双面天线，在 一个介质板上贴 有上下两层，上 层为馈线，下层 为偶极子天线和 地板。
首先设计底层， 选择cond2，如图
在Layout中绘制天线
由于我们设计的矩形天 线，所以我们选择 ，然后在窗口中选择一 点，开始画矩形，矩形 大小的控制可以看右下 角的右边的坐标，它表 示相对位置的距离。
加通孔，因为是圆形 的通孔，所以选择 ， 如以下图中：
这样就完成了天线尺寸的根本设计。
层定义
这是至关重要的一步。 由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，进入层定义 对话窗口。作如下设置： 将地面GND的边界由Closed改为Open〔1〕，然后点击左 下角的Add，增加一层Alumina_0〔2〕，并且把这一层重 新定义如下所示〔3〕，即跟上面的FreeSpace定义完全 一样，重新命名为FreeSpace_bottom，当然命名为其他 名字也是没有问题的。这样上下形成了对称的结构。最 后定义Alumina中的各个参数，即定义Real为4.6，Loss Tangent为0.018〔4〕，表示损耗正切为0.018。我们需 要的天线的层结构如以下图中所示：
HFSS仿真实验报告样例
〈〈微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线, 并通过HFSS 软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些3!要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。
二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极于天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见三、建模和仿真步骤1、新建HFSSC程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。
2、创建介质层。
创建长方体，名称设为Substrate,材质为FR4_epoxy颜色为深绿色，透明度为0.6。
3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称Top_Patch颜色铜黄色。
2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。
画矩形面，名称Dip_Patch,颜色铜黄色。
3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面Top_Patch和Dip_Patch组成的90折线连接起来。
4）合并生成完整的金属片模型。
4、创建下表面金属片■I批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
1）创建下表面传输线Top_patch_1。
2）创建矩形面Rectangle1。
3）创建三角形polyline2。
4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。
5、设置边界条件1）分配理想导体。
2）设置辐射边界条件，材质设为air。
6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。
7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为2.45GHz自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes） : 20,收敛误差（Maximum Delta S）为0.02。
电磁场与微波测量实验报告天线特性测试实验报告
电磁场与微波测量实验报告天线特性测试实验报告北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告1天线特性测试及分析本实验主要是学习天线理论、掌握天线方向图的概念以及学习天线方向图的测量方法。
以下是天线的概念及有关名词的解释。
一、天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。
二、天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。
衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的2天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
三、天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远。
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。
偶极子天线的辐射
偶极子天线的辐射一、偶极子天线（元天线）1、结构：长为Δl的载流导线，中心馈电⑪本质上是一个LC振荡电路，振荡频率：，⑫为了有效地辐射能量：f↑，L、C↓图9－2－1⑬闭合电路→开放电路→振荡偶极子点击看图2、电特性⑪Δl＜＜λ，Δl上各点的电流（包括相位）可以看作是相等的，⑫Δl＜＜r，Δl上各点到P点的距离，可以看作是相等的3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。
二、偶极子天线的辐射1、辐射场表达式⑪设偶极子天线上的电流为，在空间产生的矢量位（达朗贝尔方程的解）在球坐标系中，如图9－2－1⑫由⑬由2、讨论⑪若kr1＜＜（k＜＜1/r，r＜＜λ/2π＝，天线近区④～⑥式中，⑨、⑩式是电偶极子产生的电场，p25(2.4.7)式。
电流元产生的磁场与⑧比较，所以⑧式是电流元产生的磁场。
∴①近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的，与恒定磁场分布相似，近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的，与静电场分布相似。
② E与H相位相差π／2③主要是由于在(4)～(6)→(8)～(10)的过程中，略去了一些小项，实际上是能量交换（电场～磁场）＞＞传输的能量。
⑫若kr＞＞1（k＞＞1/r，r＞＞λ/2π），天线远区由(4)～(7)式①场强ⅰ）只有, 分量，TEM波。
ⅱ）E、H同频率，同相位。
ⅲ）r相等的各点相位相等――球面波。
②波阻抗自由空间η＝120π≈＝377Ω。
③3、辐射特性（远区）⑪辐射方向性由远区场强表达式（11）、（12）表明辐射具有一定的方向性：在天线所在的平面内，∝sinθ,θ＝0，场强为0；θ＝π／2，场强最大；在垂直于天线的平面内无方向性。
①方向图函数ⅰ）定义：ⅱ）偶极子天线，由（12）式 f（θ）＝sinθ (15)②方向图：ⅰ）定义：按方向图函数f（θ,φ）绘出的图形称为方向图。
ⅱ）偶极子天线的方向图。
(a)三维方向图（点击链接）(b) 侧视图图9－2－3 (c) 俯视图方向图直观地表示出天线在不同方向上，相同距离处辐射场强的相对大小。
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a) 半波偶极子天线及坐标系
b) xz 平面测量结果
c) xy 平面测量结果 图 3 半波偶极子天线在 xz 和 xy 平面的测量结果
【实验数据与测量步骤】
1.E 面辐射的测量 ① 分别在发射天线支架的一边和接收天线支架的顶端放置天线，保持发射天线和接收天线互相平行、正 对，间距为 1~2m； ② 选择频率为 2.45GHz，点击 CAL 图标，选择并记录 AGC=-17.6dB 。按自动方式测量 E 面辐射能量与 角度图，如图 4。
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图 6：垂直极化波辐射图 ②对比两种辐射方式，计算 K 值。
K
Ehorizon 17.6 0.6 Evertical 29.3
【实验分析】
1.根据理论分析，理想的 E 面辐射图应该是呈左右对称的 8 字型分布，但是我们实际测得的图像却在 90° 的位置没有达到最低的功率，这可能是由实验室中的其他辐射造成的。 可能有以下个原因： ① 实验未严格在暗室进行并隔绝除实验设备外的其他辐射，实验室中的日光灯、电脑屏幕、手机等 都会发射出辐射，也可能是实验室其他实验组的辐射传到了我们组的仪器中，对实验结果造成影 响。 ② 实验过程中有其他组的同学在做实验，相互之间的走动也使得实验室中的辐射分布在不断变化， 对实验也有很大的影响。 2， 垂直极化辐射功率明显减少 ACG=-29.3dB，还有辐射的图样与正对时有很大的不同，说明发射天线的 位置对辐射有决定性的影响。
a) 结构图
b)电流分布
图 1 半波偶极子天线的结构模型和电流分布图 半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为 70 + ������0������ 。 电流流过 Z 轴，分布由公式（1）进行计算： ������ ������ = ������������ ������������������ ������ ������ − ������ 其中馈电电流大小为 10，端点的大小为 0。电流引起的辐射电场为： ������������ ������ = ������������������ 波函数从公式（2）到下面的公式（3）中： ������ ������ = ������������ ������������������ 功率的计算公式如下：
图 4 用自动方式测量 E 面辐射能量与角度图
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③ 将测量的数据按每隔 3.6 度和大小记录在表格 1 中，利用 ORIGIN 绘制成辐射方向图 5。 表格 1：E 面辐射中，辐射量对应的角度 Angle/° 3.6 7.2 10.8 14.4 18.0 21.6 25.2 28.8 32.4 36.0 39.6 43.2 46.8 50.4 54.0 57.6 61.2 64.8 68.4 72.0 75.6 79.2 82.8 86.4 90.0 Strength/dB -17.6 -17.8 -18.0 -17.8 -17.8 -18.6 -18.6 -19.0 -19.2 -19.9 -20.1 -20.5 -21.1 -21.9 -22.5 -22.9 -24.0 -25.8 -26.8 -28.5 -30.9 -32.4 -35.2 -36.7 -36.3 Angle/° 93.6 97.2 100.8 104.4 108.0 111.6 115.2 118.8 122.4 126.0 129.6 133.2 136.8 140.4 144.0 147.6 151.2 154.8 158.4 162.0 165.6 169.2 172.8 176.4 180.0 Strength/dB -34.8 -32.0 -30.7 -28.9 -27.0 -25.6 -24.4 -23.8 -23.1 -22.1 -21.7 -21.1 -20.9 -20.1 -19.9 -19.5 -19.4 -19.2 -18.8 -18.8 -18.8 -18.8 -19.0 -18.8 -18.8 Angle/° 183.6 187.2 190.8 194.4 198.0 201.6 205.2 208.8 212.4 216.0 219.6 223.2 226.8 230.4 234.0 237.6 241.2 244.8 248.4 252.0 255.6 259.2 262.8 266.4 270.0 Strength/dB -19.2 -18.8 -19.4 -19.4 -19.7 -19.9 -20.5 -20.7 -20.7 -21.3 -22.3 -22.9 -23.5 -24.8 -25.2 -25.8 -26.6 -29.3 -29.9 -31.3 -33.4 -33.8 -38.5 -41.6 -49.6 Angle/° 273.6 277.2 280.8 284.4 288.0 291.6 295.2 298.8 302.4 306.0 309.6 313.2 316.8 320.4 324.0 327.6 331.2 334.8 338.4 342.0 345.6 349.2 352.8 356.4 360.0 Strength/dB -57.8 -45.9 -39.5 -36.5 -33.8 -31.9 -30.1 -28.1 -27.0 -25.4 -24.8 -23.5 -23.3 -22.5 -21.3 -20.9 -20.1 -18.4 -19.5 -19.2 -19.2 -18.6 -18.4 -18.0 -18.0
图 2 半波偶极子天线辐射模式 在试验中使用的半波偶极子天线有两种：914.5125MHz（将略写成 914MHz）和 2.45GHz，其波长大 小分别为 328.04mm 和 122.45mm。 为了去掉天线输入阻抗中的电抗部分，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可，这个比率称为天 线的缩短比例。还有，如果将天线印刷在绝缘的电路板上，由于绝缘的原因也将导致其性质会有一定的变 化趋势。特别的，绝缘板引起的比例变化将使天线的有效波长减小从而导致天线的尺寸相比于在开阔场地 要小一些。根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示： ������������������������ = 其中，������������表示在开阔场地的波长大小，������������������������代表有效波长。 图 （a） 在笛卡尔坐标系中的定义， 粗的黑线画出的偶极子天线。 图 （b） 所示的是当∅ = 0°、 ������ 从0°到180°旋 转时，在 xz 面测得的正面辐射图。测量结果显示，在������ = 90°时辐射最大，在������ = 0°或180°时辐射最小。 图（c）显示在 xy 面上当������ 角固定在������ = 90°、∅角从0°旋转到360°时辐射模式的测量结果。测量结果显示 当∅ 为任意角时的全方向性特性。
6/6
4/6
0 -10 -20 -30 300 -40 -50 -60 270 -60 -50 -40 240 -30 -20 -10 210 180 150 120 60 330 30
Strengh/dB
90
图5.E面辐射用Origin绘制的图像
④ 记录整个辐射过程的最大辐射功率及对应的角度、低于最大功率-3dB 的左半功率和右半功率对应的角 度，计算半功率波瓣宽度，具体数据如表 2. 表 2：最大辐射功率、左右半功率及其对对应的角度
������ ������ ������������������ ������−������������������ ∙ ������������������ ������ ������ （2） ������ ������
（1）
= ������������������
������ ������ ������������������ ������ （3） ������������������ ������
偶极子天线特性
偶极子天线特性实验
学号：10329060 合作人：王贝珊 一、实验目的
1、理解半波偶极子天线的基本功能 2、测量半波偶极子天线 E 面得辐射模式 3、测量半波偶极子天线 H 面的辐射模式
姓名：林斋帆 实验日期：2013/4/11
2010 光信二班
二、实验原理
图 1 所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。在图 a 中，总长度是半个波长，图 b 中，电 流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为 0。
项目 最大功率点 值 功率/dB 角度/° -17.6 3.6 -20.5 330.3 -20.5 43.2 左半功率点 右半功率点
计算半功率波瓣宽度： A (360 330.3 3.6) (43.2 3.6) 64.2 2，反极化波接收实验
o
①将发射天线向上旋转 90 度来得到垂直极化波，保持接收天线位置不变，测量接收波的大小，记录接收 数据的最大值，测得的图像为图 6。测得 ACG=-29.3dB
������ ������ = ������ ������
������
=
������������������ ������ ������ ������������������ ������ ������ （4） ������������������ ������
根据公式（4）可绘出下面的辐射图。电流从南边流向北，沿着 Z 轴的正方向。在这个图中，最大辐射发 生在������ = ±90°的方向上，而在������ = 0°，180°的方向上没有辐射。