行波天线方向图仿真实验报告(B5)

天线与电波传播实验报告

08 级队区队学员姓名学号

实验组别 3 同组人实验日期2011.12.22 实验成绩

实验项目：行波天线方向图仿真实验

实验目的：

1．加深对行波天线工作原理的理解；

2．理解行波单导线的长度对天线方向性的影响；

3．了解菱形天线的参数选取。

实验器材：

1．计算机

2．MATLAB软件

实验原理阐述、实验方案：

一、实验原理

1．行波单导线的方向性

行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。设长度为l 的导线沿z轴放置，如图2所示，导线上电流按行波分布，即天线沿线各点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于坐标原点。设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为

'jk z 0e I )'z (I -=

（2-1）

z

o

R

r

kz cos

θ??l

dz ′

θ

图2 行波单导线及其坐标

行波单导线辐射场的分析方子相似法与对称振，即首先把天线分割成许多个电基本振子，而后取所有电基本振子辐射场的总和，故

⎰θ-θθλ

=l 0)cos 'z r (jk 'jk z 0

'dz e e sin r I 60j

E )cos 1(2

k l

j jk r 0e )]cos 1(2

kl sin[cos 1sin e r I 60j θ--θ-θ-θλ= （2-2）

式中，r 为原点至场点的距离;θ为射线与z 轴之间的夹角。由上式可得行波单导线的方向函数为

)

cos 1()]cos 1(2

kl

sin[

sin )(f θ-θ-θ

=θ

（2-3）

根据上式可画出行波单导线的方向图如图3所示，由图可以看出行波单导线的方向性具有如下特点：

(a)(b)(c)

θm θ ＝0°

z

52.5??

z

θ ＝0°

40.5??

z

θ ＝0°

29??

θm

θm

图3 行波单导线方向图

（1）沿轴线方向没有辐射。这是由于基本振子沿轴线方向无辐射之故。

（2）导线长度愈长，最大辐射方向愈靠近轴线方向，同时主瓣愈窄，副瓣愈大且副瓣数增多。

（3）当l/λ很大时，主瓣方向随l/λ变化趋缓，即天线的方向性具有宽频带特性。 二、实验方案步骤

1．行波单导线方向函数的MATLAB 程序实现；

建立坐标系，标示出天线的位置及放置方式，将图2中的坐标变量和sph2cart 函数的坐标变量之间的关系对应好，得到行波单导线的立体方向图。

2．分析行波单导线长度对天线方向性的影响；

改变行波单导线的长度（从1λ到10λ），观察行波单导线长度的变化对立体方向图的影响，并将结果生成avi 动画文件。

实验数据：

一、行波单导线的方向图

二、行波单导线长度的变化对应的立体方向图

三、行波单导线长度的变化对应的二维方向图。

实验结果分析：

1、沿导线轴线方向没有辐射。这是由于基本振子沿轴线方向无辐射

之故。

2、导线长度愈长，最大辐射方向愈靠近轴线方向，同时主瓣愈窄，副

瓣愈大且副瓣数增多。

3、当l/λ很大时，主瓣方向随 l /λ变化趋缓，即天线的方向性具有

宽频带特性。

实验小结及建议：

1、小结：行波单导线是一种结构简单、架设维护方便的弱方向性天线，

特别适用于半固定式短波电台。但其主要缺点是工作频带窄，馈线上行波系数很低，特别是在低频端尤为严重。因此，不宜在大功率电台或馈线很长的情况下使用。必要时为了改善馈线上的行波系数，应在馈线上加阻抗匹配装置。

2、建议：做实验前，能够稍微详细地对程序进行讲解，以利于更好为后续实验服务。

教员评语：

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