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、熟悉对称天线和天线阵的概念；

2、熟悉不同长度对称天线的空间辐射方向图；

3、理解天线阵的概念和空间辐射特性。

实验原理：天线阵就是将若干个单元天线按一定方式排列而成的天线系统。排列方式可以是直线阵、平面阵和立体阵。实际的天线阵多用相似元组成。所谓相似元，是指各阵元的类型、尺寸相同，架设方位相同。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，就可以得到所需要的、更强的方向性

方向图乘积定理

f(θ,φ)=f1(θ,φ)×fa(θ,φ) 上式表明，天线阵的方向函数可以由两项相乘而得。第一项f1(θ,φ)称为元因子（Primary Pattern），它与单元天线的结构及架设方位有关；第二项fa(θ,φ)称为阵因子（Array Pattern），取决于天线之间的电流比以及相对位置，与单元天线无关。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）观察并分析仿真图中不同长度对称天线的空间辐射特性

E面方向函数：

2、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）观察并分析仿真图中两种天线阵的空间辐射特性

实验报告要求：（1）抓仿真程序结果图

（2）理论分析与讨论

1、对称天线方向图

01）clc

clear

lambda=1;%自由空间的波长

L0=1; %改变L0值，得到不同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

k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360];

theta=theta0*pi/180;

90

270

0 L=λ时对称阵子天线的方向图

for i=1:length(theta0)

fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同 02)clc clear lambda=1;%自由空间的波长

L0=1/4; %改变L0值，得到不同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

k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数

theta0=[0.0001:0.1:360];

theta=theta0*pi/180; for i=1:length(theta0)

fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同 3)clc clear

lambda=1;%自由空间的波长 L0=1/2; %改变L0值，得到不同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 k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数

theta0=[0.0001:0.1:360]; theta=theta0*pi/180;

for i=1:length(theta0) fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos

(k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同

4)clc clear lambda=1;%自由空间的波长 L0=3/4; %改变L0值，得到不同长度对称阵子的方向图

90

2700L=λ时对称阵子天线的方向图

902700

L=λ时对称阵子天线的方向图

90

270

L=λ时对称阵子天线的方向图

L=L0*lambda; %分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数 theta0=[0.0001:0.1:360]; theta=theta0*pi/180; for i=1:length(theta0)

fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同 5)clc

clear

lambda=1;%自由空间的波长 L0=3/2; %改变L0值，得到不同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

k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数 theta0=[0.0001:0.1:360]; theta=theta0*pi/180;

for i=1:length(theta0)

fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos (k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同 6)clc clear

lambda=1;%自由空间的波长

L0=2; %改变L0值，得到不同长度对称阵子的

方向图 L=L0*lambda; %分别令L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数

theta0=[0.0001:0.1:360];

theta=theta0*pi/180; for i=1:length(theta0)

fe(i)=abs((cos(k*L*cos(theta(i)))-cos(k*L))/sin(theta(i))); end

polar(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，标题不同 分析对称振子天线的方向图（以上图形）可以看出：

90

2700L=λ时对称阵子天线的方向图

90

2700L=λ时对称阵子天线的方向图