移動通信中的天線陣特性(編輯修改稿)
2024-07-22 03:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 體圖。本文首先根據(jù)天線的基本理論，分析了電流元、對稱振子天線、直線陣列天線以及垂直接地天線的方向圖函數(shù)F（,）隨各參變量變化的規(guī)律以及相關(guān)天線赤道面、子午面的二維圖形的特點(diǎn)，討論了各個(gè)天線的最大輻射方向、主瓣寬度、方向性系數(shù)、輻射電阻等參量隨方向角變化的二維、三維圖形的特點(diǎn)，然后借助MATLAB的繪圖功能，編制了能繪制各種天線二維、三維方向性圖的軟件。利用該軟件繪制的方向性圖可以觀察到天線輻射場在不同方向的輻射能量分布，直觀清楚地表現(xiàn)了輻射場空間分布的特點(diǎn)。論文還對任意輸入方向性函數(shù)的繪制方法也進(jìn)行了嘗試，并取得了一定的成果。 1 天線的相關(guān)基礎(chǔ)知識 1．1 各種不同類型天線 對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的一種天線結(jié)構(gòu)形式。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子稱為半波對稱振子。半波對稱振子性能優(yōu)良，應(yīng)用最為廣泛。單個(gè)半波對稱振子可以簡單地單獨(dú)立使用，也可以用作拋物面天線的饋源，采用多個(gè)半波對稱振子還可以組成天線陣。 （b）所示。 不同長度對稱振子的E面方向性圖(c)、(d)、(e)(f)分別為L=5/L=6/L=7/4和L=2對稱振子的E面方向圖。由于振子長度大于一個(gè)波長時(shí)，天線振子臂上的電流不完全同相，反向電流對輻射產(chǎn)生抵消作用，因而方向圖出現(xiàn)多瓣形狀。 天線陣在實(shí)踐中，為了使輻射場實(shí)現(xiàn)某種方向性，常常把若干個(gè)天線按某種排列方式組合在一起，這樣就構(gòu)成了天線陣。天線陣是將若干個(gè)天線按一定的規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)。利用這種天線系統(tǒng)可以獲得所期望的輻射特性，諸如更高的增益，需要的方向性等。組成天線陣的獨(dú)立單元，排列的方式有直線陣，平面陣。構(gòu)成天線陣的每一個(gè)天線稱為單元天線。由n個(gè)單元天線構(gòu)成的天線陣就稱為n元天線陣。，(a)、(b)中各單元半波對稱振子的中心排列成一條直線，稱為直線天線陣；(c)中各單元半波對稱振子的中心在一個(gè)平面之內(nèi)，稱為平面天線陣；(d)中各單元半波對稱振子的中心處于三維空間中，稱為立體天線陣。、平面和立體天線天線方向性圖主瓣兩側(cè)兩個(gè)零輻射方向之間的夾角稱為主瓣張角，又稱為零功率波瓣寬度，習(xí)慣上用2θ0表示。2θ0是一個(gè)完整的符號，并不是θ0角的2倍。 功率流密度和輻射強(qiáng)度分別是最大輻射方向功率流密度和輻射強(qiáng)度一半，這兩個(gè)方向稱為半功率輻射方向，而它們之間的夾角則稱為主瓣寬度，又稱為半功率波瓣寬度。如果在天線某個(gè)主平面方向性圖的主瓣上，θ1和 ，則主瓣寬度可按下式計(jì)算 (） 如果方向性圖對稱，主瓣寬度也可以按下式計(jì)算 (）與主瓣張角一樣。輻射電阻對于給定的觀察點(diǎn)P（r,）可以將方向性函數(shù)表示為，由此可得平均波印亭矢量為，對上式積分可得輻射功率為： (）選定參照電流后，就可以確定天線的輻射電阻： （）從上式可以看出輻射電阻式反應(yīng)天線輻射電磁波能力的一個(gè)參數(shù)。在相同的參照電流下，輻射電阻越大，天線輻射功率越大。自由空間中輻射功率為的天線在全方向4立體角內(nèi)輻射強(qiáng)度的平均值稱為平均輻射強(qiáng)度，即： （）方向性系數(shù)可以定義通過輻射強(qiáng)度，功率流密度和電場強(qiáng)度來定義(）天線的方向性系數(shù)就等于最大輻射強(qiáng)度與平均輻射強(qiáng)度之比；也等于相同距離，相同輻射功率條件下天線最大輻射方向的功率流密度與無方向性理想點(diǎn)源的功率流密度之比。 （）如果已知輻射電阻，就可以直接計(jì)算： （）
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