【正文】 antenna[C]. Sixth International Conference on HF Radio System s and Techniques， 5．美國業(yè)余無線電轉(zhuǎn)播聯(lián)盟 ,左群聲等譯 .無線通信天線手冊 [M].北京：國防工業(yè)出版社 .2021 6．周朝棟，王元坤，周良明．線天線理論與工程 [M]．西安：西安電子科技大出版社 . 1988 7．吳榮遠(yuǎn)，黃武裝 .一種新穎的寬帶高增益車載全向天線 [J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào) . 2021， 7(3)： 307309 8． KinLu Wong， FuRen H siao， TzungWern Chiou. Omnidirectional planar dipole array antenna [J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2021， 52(2) : 624628 9．馮祖建，張立新，孫紹國． 水平極化全向天線的設(shè)計(jì)［ J］．微波學(xué)報(bào)，2021， 24( 6): 60 ～ 64． 10．張敏 . CST 微波工作室用戶全書 [M]. 電子科技大學(xué)出版社， 2021 。 在論文即將完成之際，我的心情 異常激動(dòng) ， 之前的付出在這一刻開花結(jié)果。 在此謹(jǐn)向王琪 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 47 致 謝 本 課題 研究及學(xué)位論文是在 知道老師王琪 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 最后，根據(jù)軟件仿真所得天線的相關(guān)數(shù)據(jù)（如長度等），制 作一根相同的天線，同時(shí)制作 一根長度相同的普通天線 。 測量時(shí)儀器 使用及人為其他 方面誤差。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 45 與第一幅圖比較可以很明顯的看到增益上的差距。 將天線放置在無線接收器的上端，得 下 圖； 觀察此時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度為 44dBm。 WirelessMon 軟件的測量結(jié)果 將無線路由器上的天線卸下，裝上制作的陣列天線。 接上 50Ω負(fù)載 ,用圓圖看變化趨勢；發(fā)現(xiàn)光標(biāo)在史密斯原圖的正中間，校準(zhǔn)完成。 菜單如下 : 注釋 頻域 當(dāng)前為頻域 表示當(dāng)前最小頻距 BF ： 起始頻率 (Beginning Frequency) F? ： 頻距 (頻率增量或步長 ) EF ： 終止頻率 (Ending Frequency) N ： 測試點(diǎn)數(shù)（不直接受控） M ： 選常規(guī)或精測 (精測精度高、但速度慢 ) 測： A B 選定各輸入口的測試項(xiàng)目 ++++++++++++++++ 線上為設(shè)置項(xiàng)目 , 線下為執(zhí)行項(xiàng)目 校： 作各項(xiàng)相應(yīng)校正 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 41 在 主菜單下按 ↓ 鍵將光標(biāo)移到測 :XX 處 , 按 → 或 ← 鍵使其為回?fù)p。關(guān)機(jī)時(shí)關(guān)掉主機(jī)后 面的關(guān)閉電源開關(guān)即可。 做出的天線模型如 圖 532 所示 ： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 39 圖 532 高增益全向天線的實(shí)物圖 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校正與測試過程 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的簡介 本儀器能測單或兩端口網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù) , 故名網(wǎng)絡(luò)分析儀。 首先，用鉗子從所購買的直徑為 1mm 的純銅絲截取一段，長度為15cm，用鐵鉗等工具將銅絲拉直。 高增益全向天線的制作與測試 高增益全向天線的制作過程如下： 以上仿真過程的 原天線尺寸 a=26， b=25， c=11， n=5， h1=64， h2=3，h3=3， r=， R1=， R2=2， R3=10， R4=，單位 mm。 基本達(dá)到了本課題設(shè)計(jì)要求。 由 以上仿真結(jié)果可知。此時(shí)的 頻率變?yōu)?。頻率從 變?yōu)?。 請選擇 solver?Field Monitors，以打開監(jiān)視器對話框： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 31 圖 5215 監(jiān)視器設(shè)置對話框 在此對話框中，選擇 Type 為 Farfield∕ RCS，然后指定 Frencency 欄中的 頻率，再點(diǎn)擊 Apply 按鈕，保存此監(jiān)視器，定義一個(gè)頻率為 （單位 Ghz）的監(jiān)視器。反射波為 o1， 1。求解正常結(jié)束后，進(jìn)度條 自動(dòng)消失，成功仿真出高增益全向 天線。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 28 圖 5211 波導(dǎo)端口對話框 定義頻率范圍 頻率 范圍必須仔細(xì)考慮，對 CST 微波工作室的瞬態(tài)求解器來說，頻率范圍設(shè)置的太小，性能反而會(huì)降低。 分析：本天線 的工作頻率設(shè)計(jì)在 左右。將 Raster Width 和 Snap width 分別設(shè)置為 10 和 ，以得到一個(gè)合適 的柵格間距，并點(diǎn)擊 OK 按鈕確認(rèn)。此處我們選擇 圖 526 普通單極子天線的阻抗特性圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 25 圖 527 仿真器件的模板選擇 此模板自動(dòng)將單位設(shè)置為 mm 和 Ghz，將背景材料設(shè)置為真空。點(diǎn) ok 就完成了電感的建立如圖 524： 圖 524 螺旋電感模型 普通單極子模型的構(gòu)建和研究 通單極子天線模型如圖 525 所示，其總長度為 145mm 對普單極子天線進(jìn)行仿真，其阻抗特性如 圖 526 所示 ： 圖 525 單極子天線模型 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 24 由于單極子 天線的總長度為 145mm，根據(jù)天線 長度為四分之一波長的整數(shù)倍，在 左右的地方出現(xiàn)峰值， 526 顯示的是單極子天線的 S11圖， S11是網(wǎng)絡(luò)一號(hào)端口的反射系數(shù)，反射系數(shù)是入射電壓和反射電壓的比值，與反射系數(shù)所反映的內(nèi)容相當(dāng)?shù)氖腔夭〒p耗，回波損耗是入射功率與反射功率之間的比值。第一段長度為 ，添加第一個(gè)電感線圈（ 4 圈，高度為 ，線圈半徑為 ，以下相同），第二段長度為 ，添加第二個(gè)電感線圈，第三段長度也為 ，再添加一個(gè)電感線圈。并制作了高增益全向天線的實(shí)物模型，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測天線的回波損耗與駐波比，結(jié)合軟件仿真結(jié)果，進(jìn)一步的研究了個(gè)性能參數(shù)對高增益全向天線的影響。 還 能夠勝任所有電磁器件的設(shè)計(jì) 與分析。 由于方程 (1)右端也包含有矢量點(diǎn)積，同處理左端一樣，我們也用與面元平行的 B 的分量來表示它，將 (7)式應(yīng)用于右端，得 ： 240 0 ( )cellB d A Bt? ? ? ? ???? (8) 由 式 (6)和式 (8)式得 圖 一維線積分?jǐn)?shù)值近似 圖 單一網(wǎng)格單元及場量分布 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 20 221 2 3 4 0( ) 0 ( )E E E E B? ? ? ? ? ? ? ? ? (9) 這樣，我們就在一個(gè)網(wǎng)格上完成了對方程 (1)的離散。 方程離散化 麥克斯 韋方程組有微分和積分兩種形式， FIT 是從以下的積分方程出發(fā)的： 圖 411 矩形網(wǎng)絡(luò)模擬弧形邊界 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 19 AABE ds dAt??? ?? ?? (1) ()AADH d s J d At ???? ? ??? ?? (2) 0V B dA??? (3) ( ) 0V D J dAt ??? ? ? ???? (4) 先看方程 (1)，它包含沿一閉合曲線的線積分及以此曲線為邊界的面積分；對于線積分，我們 采用數(shù)值積分中常用的方法，即： 0020( ) ( ) 0 ( )2xxf x d x f x ?? ? ? ? ?? (5) 為了將 (5)式應(yīng)用于方程 (1)的左邊，我們必須定義出積分區(qū)域，最明顯的選擇是取網(wǎng)格單元作為積分的最小單元，這樣積分元 dl 的方向?qū)⑵叫杏诰W(wǎng)格線。圖 411(a)所示為通常的階梯近似 , 我們可以看到其精度很差。 場域離散化 由于 FIT 在網(wǎng)格劃分及編號(hào)與其它算法并無多大差別 , 所以 在此僅對不同介質(zhì)交界面的處理作簡單說明。 有限積分法介紹 對 于數(shù)值分析 ,應(yīng)包括場域離散化和描寫物理問題的數(shù)學(xué)方程離散化兩個(gè)方面。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。都均勻輻射，也就是 我們 平常所說的無 方向性 天線 ，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。對于電感加載天線，盡管其寬頻帶特性沒有得到明顯的提高，但效率較高，且電感加載單極天線的定向性和增益也得到了提高。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不會(huì)專門標(biāo)注在線圈上，而以特定的名稱標(biāo)注。 如果 通 過 線圈的電源越大，磁場就 會(huì) 越強(qiáng)，通過線圈的磁通量 也 就越大。 為實(shí)現(xiàn)上述要求，可 以在天線中引入電阻將反射波吸收，這樣的加載天線可以集中加載，也可以分布加載。 如果在天線的加載段存在有與天線軸垂直、而大小與徑向電場強(qiáng)度成比例的分布電流，則稱該天線上存在一個(gè)并聯(lián)的分布加載。 圖 31 無限大理想導(dǎo)電平面接地直立單極天線 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 15 如果天線電流是與天線中連續(xù)分布的軸向電場強(qiáng)度成比例，則稱這種天線為串聯(lián)型分布加載天線，一個(gè)最簡單的 實(shí)例 就是由電阻棒做成的天線， 比如 在介質(zhì)棒上敷 上 一層 特定 厚度的碳膜，讓天線 的 內(nèi)阻抗按 照特定 的 函數(shù)分布，盡可能的使天線上全部呈 現(xiàn) 行波電流分布，這種天線有著比較寬得阻抗帶寬 。 如果 兩臂的結(jié)構(gòu)或 者 尺寸完全不對應(yīng)，則稱 之 為不對稱偶極天線。平行饋線與天線的窄端相連，功率可由交叉連接的網(wǎng)絡(luò)饋電到其他偶極天線。 （ 4） 繞桿式天線 以偶極天線元為例，繞桿式天線在水平面內(nèi)獲得全向的性能，并且極化方式是水平的。直排陣列是垂直極化天線，而垂射陣列是水平極化的。 （ 2）垂直陣列 將天線單元按 多列同向排列，陣列的主軸與單元的主軸垂直，也能組成一個(gè)垂射陣列，安裝時(shí)使主軸垂直放置。 直排陣列天線安裝時(shí)，通常是主軸垂直放置。 相控陣按最大輻射方向，可分為垂射和端射兩種。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 12 天線陣列的分類 天線陣列也可以按照天線元的連接方式分類。 我們知道，電磁波的相位組成包含三部分：時(shí)間相位，空間相位，初相位。構(gòu)成天線陣的天線輻射單元稱為陣元。角度越大 ,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但是當(dāng)提高天線傾角時(shí)，也越容易發(fā)生波束畸變 ,形成越區(qū)覆蓋。水 平平面的半功率角（ HPlane Half Power beamwidth） :(45176。通常，天線的極化特性在主瓣上保持相對恒定，而用主瓣峰的極化方式來表示天線主極化方式，天線的極化類型分為線極化、圓極化和橢圓極化。對于直立全向天線，有近似計(jì)算式 0( ) 10 lg[ 2 / ]G dBi L ?? () 式中， L 為天線長度； λ0 為中心工作波 極化特性 極化特性是指天線在主輻射方向遠(yuǎn)距離點(diǎn)上所觀察到的輻射平面波的極化特性。表征天線增益的參數(shù)有 dBd 和 dBi。 天線增益 用來衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是 描述 天線 性能 重要的參數(shù)。 駐波比就是一個(gè)數(shù)值，用來表示天線和電波發(fā)射臺(tái)是否匹配。在 駐波管法 中，測得駐波比，就可以求出吸聲材料的聲 反射系數(shù) 和吸聲系數(shù)。 （ a） 全向天線水平波瓣圖 （ b）全向天線垂直波瓣圖 圖 全向天線波瓣圖 （ c）定向天線水平波瓣圖 （ d）定向天線垂直波瓣圖 圖 定向天線波瓣圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 9 駐波比和增益 駐波比 駐波比 的 全稱為 電壓駐波比 ， 它是行波系數(shù)的倒數(shù)