【正文】 是比天線方向性系數(shù)更全面的反映天線對(duì)總的射頻功率的有效利用程度。由于天線導(dǎo)體直流電阻值 R(導(dǎo)體 )是在直流或均勻分布電流情 況下測(cè)出的，而一般情況下天線上的電流振幅分布 I(z)往往是不均勻的。 如，電流元的方向性系數(shù) D = 22)/(80 )/(120 ?? ??ll =； 半波對(duì)稱(chēng)振子方向性系數(shù)為 D = ? =； 全波對(duì)稱(chēng)振子的方向性系數(shù)為 D = 19921202? =。通常如果不特別指出，就以最大輻射方向的方向性系數(shù)作為定向天線的方向性系數(shù)。 方向性系數(shù)是用來(lái) 表示天線 某一個(gè)方向集中輻 射電磁波程度（即方向性圖的尖銳程度）的一個(gè)參數(shù)。從圖中可以看出，隨距離 s 增大，互電阻 R12和互電抗 X12的變化幅度逐漸減小。 從式 ()中解出兩個(gè)振子的輻射阻抗，然后再代入式 ()；或 者從式 ()中解出感應(yīng)輻射阻抗，然后再把它代入式 ()都可以得到下面的輻射阻抗方程式。 顯然振子 1 的附加電壓 12U? 應(yīng)與振子 2 的電流 2MI? 成正比；而振子 2 的附加電壓 21U? 應(yīng)與振子 1 的電流 1MI? 成正比，即 2112122112212112 ZIZIUZIZIU MgMMgM ?????? ???? 和 () 上式中， Z12是在振子 2 影響下振子 1 的互輻射阻抗；而 Z21是在振子 1 影響下振子 2 的互輻射阻抗。 12S? －振子 1 受振子 2 影響所產(chǎn)生的額外的輻射復(fù)功率（假設(shè)振子 1 仍保持原來(lái)的波腹電流不變），稱(chēng)為感應(yīng)輻射復(fù)功率。)39。2c o s ()39。2s i n ()39。39。2s in (1239。 可以證明，對(duì)稱(chēng)振子的等效 平均分布電阻可以用輻射電阻 R? 來(lái)計(jì)算，即 ?????? ?? ?lllRR39。我們可以用對(duì)稱(chēng)振子的平均特性阻抗來(lái)代替平行雙線的特性 阻抗，即 ? ??? lA a lzazlW 0 )12( ln1 2 0d2ln1 2 01 () 從上式可以看出，對(duì)稱(chēng)振子越細(xì)、越長(zhǎng)其平均特性阻抗 WA越大；反之，對(duì)稱(chēng)振子越粗、越短其平均特性阻抗 WA越小。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì) 調(diào)試很好的天線，其輸入阻抗中，總還有一個(gè)小的電抗分量值。 因?yàn)楦麟娏髟椛鋱?chǎng)均為 ?? 方向 ,故矢量場(chǎng)疊加可變成代數(shù)相加或積分 無(wú)線系統(tǒng)中天線 特性分析軟件的編制 6 ????????????????l zrMllzrMlzzlrIEEzzlrIEE0 2c o sj2j0 2201c o sj1j011de)](s i n [e s i n 60jdde)](s i n [e s i n 60jd21????????????() 整個(gè)對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量為 rM llrIEErE ?? ? ????? j21 es i n )c o s ()c o sc o s (60j),( ????? () 與電流元一樣，對(duì)稱(chēng)振子仍應(yīng)滿(mǎn)足 0??? EH ? () 對(duì)稱(chēng)振子的輸入阻抗 天線輸入端電壓與信號(hào)電流之比，稱(chēng)為天線的輸入阻抗。≈ ? 。s in [ 0 )](39。最佳加權(quán)函數(shù)定義為保證給定的副瓣電平條件下使主瓣加寬最小。相位掃描直線陣不出現(xiàn)柵瓣的條件是11 |cos |d m??? ? 。柵瓣會(huì)造成天線輻射功率的分散，并且容易受到嚴(yán)重的干擾。天線布置不可避免地受到艦上的上層建筑大型物體的遮擋，會(huì)限制短波天線的可布置空間。當(dāng)然，期望隔離度越大、輻射方向圖增益越高、失真度越小、近場(chǎng)輻射危害越小越好，這是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。 本次課題的主要工作 本次課題主要工作是做出一個(gè)編程的工作軟件界面，首先做出主對(duì)話框，在主對(duì)話框中做出所需要的計(jì)算參數(shù)的界面，然后點(diǎn)擊主對(duì)話框的所要計(jì)算的參數(shù)按鈕，即可 進(jìn)入所需計(jì)算參數(shù)的界面，輸入所需條件和計(jì)算公式即可計(jì)算出所需參數(shù)結(jié)果。盡管這部分內(nèi)容非常重要，但為了節(jié)省時(shí)間，目前各高校在實(shí)際教學(xué)中一般不要求學(xué)生進(jìn)行具體計(jì)算，只給出一些常用的數(shù)值表格供學(xué)生查閱，象征性的練習(xí)一下，這樣做的結(jié)果是學(xué)生不注重這些重要參量的計(jì)算方法，只會(huì)套用現(xiàn)成結(jié)果，遇到實(shí)際問(wèn)題就會(huì)感到無(wú)從下手，非常不利于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的培養(yǎng)。最后，在界面完成的基礎(chǔ)上，根據(jù)原理進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)功能的有效性和正確性。為了解決這一問(wèn)題，本文運(yùn)用 MATLAB 語(yǔ)言編制了天線復(fù)雜參數(shù)的計(jì)算程序。描述天線特性的參數(shù)很多，其中一些參數(shù)，如方向性系數(shù)、輸入阻抗、互阻抗等都需要復(fù)雜的計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中很不方便。在此基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了天線參數(shù)的計(jì)算系統(tǒng)，并學(xué)會(huì)在界面設(shè)計(jì)好的基礎(chǔ)上添加相關(guān)代碼，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。 MATLAB language 4 目錄 第 1 章 緒論 .......................................................................................................... 1 課題研究的背景 ..................................................................................... 1 課題研究的意義 ..................................................................................... 1 本次課題的主要工作 ............................................................................. 1 第 2 章 天線參數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí) .............................................................................. 1 對(duì)稱(chēng)振子 ................................................................................................. 3 對(duì)稱(chēng)振子的輸入阻抗 ............................................................................. 6 耦合對(duì)稱(chēng)振子的輻射阻抗 ..................................................................... 8 天線方向性系數(shù)與增益系數(shù) ............................................................... 12 第 3 章 Matlab 開(kāi)發(fā)軟件 ................................................................................... 16 Matlab 介紹 ........................................................................................... 16 Matlab 開(kāi)發(fā)軟件的應(yīng)用 ....................................................................... 17 Matlab GUI 介紹 ................................................................................... 17 第 4 章 天線參數(shù)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì) .................................................................... 18 界面設(shè)計(jì) ............................................................................................... 18 界面功能驗(yàn)證 ....................................................................................... 27 結(jié)束語(yǔ) .................................................................................................................. 36 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 37 無(wú)線系統(tǒng)中天線 特性分析軟件的編制 1 第 1 章 緒論 課題研究的 背景 《電波與天線》課程中很多重要的電氣參數(shù)計(jì)算非常復(fù)雜，需要對(duì)復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行數(shù)值積分，如果讓學(xué)生完成全過(guò)程的計(jì)算，能力強(qiáng)的學(xué)生需要花費(fèi)大量的時(shí)間，能力差的學(xué)生甚至做不出來(lái)。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，也可以加強(qiáng)對(duì)天線特性隨參數(shù)變化規(guī)律的把握，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和理解，有利于自身能力的提高。 判別艦載超短波通信天線布置方案優(yōu)劣的技術(shù)參數(shù)較多，如天線間的隔離度，天線的輻射方向圖，天線近場(chǎng)輻射危害等，各種參數(shù)之間相互制 約， 使得難以憑借某一個(gè)參數(shù)的最優(yōu)來(lái)判別天線布置方案的優(yōu)劣。同時(shí)考慮到艦艇是一個(gè)復(fù)雜的武器平臺(tái)，在天線布置過(guò)程中要綜合考慮平臺(tái)上的總體布置。當(dāng) dm?? 時(shí)，在 0?? 和 180?? 的方向上，陣函數(shù)也出現(xiàn)了最大值，即出現(xiàn)了柵瓣（ Grating Loble）。連續(xù)改變單元天線之間的電流相位差 ? ，即可連續(xù)地改變天線的主射方向，這樣無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)天線，即可實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的方向性掃描，此種情況稱(chēng)為相控陣天線，相位掃描直線陣的歸一化陣因子為： 無(wú)線系統(tǒng)中天線 特性分析軟件的編制 3 s i n [ (co s co s )]2( , )s i n [ (co s co s )]2mnmn kdF kdn????????? （ 4） 其中， m? 表示最大輻射方向。幅度加權(quán)是降低副瓣的基本方法，但是幅度加權(quán)在降低副瓣的同時(shí)將使主瓣加寬，從而降低定向增益。 圖 對(duì)稱(chēng)振子結(jié)構(gòu)圖 圖 末端開(kāi)路的傳輸線過(guò)渡成對(duì)稱(chēng)振子 圖 半波和全波對(duì)稱(chēng)振子的全波分布 電流分布的解析式為 ??? ????? 0 )](39。：對(duì)稱(chēng)振子電流的相位常數(shù)， ? 39。 在觀察點(diǎn) P(r,? ,?)處的輻射 場(chǎng)的復(fù)振幅 )c os (j222)c os (j11121e s i nd)](s i n [60jde s i nd)](s i n [60jd??????????zrMzrMrzzlIErzzlIE?????????? () 注：上式中近似認(rèn)為分母中的 r1= r2 = r，但在指數(shù)中不能這樣處理。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是盡可能使天線的輸入阻抗為