【正文】 數(shù)能量從加載線圈輻射出來的，因此其輻射效率較低。 B為中部加載天線，這種天線盡管其輻射電阻仍較低，但沿著天線的電流分布較均勻，在這種情況下要產(chǎn)生諧振就得有更大的電感，加載的位置越向上，所需的電感就越大。中部加載天線，因輻射效率較高所以被廣泛使用。 C是頂部加載天線，頂部加載的天線較少見，這是因為沉重的電感線圈會使整個結構變得笨重，天線的機械強度難以得到保證，所以在實際中很小應用到。 電感加載位置 從各個因素來考慮，中部加載電感的天線是最好的。 另外，除了電感加載之外，常用的加載方式還有電容加載，在頻率較低時，可阻礙低頻成分，改變電流在陣子上的分，使得陣子的電長度相對增大，增益提高，輻射主瓣寬度變小。電容加載一般是在頂端加輻射葉、圓盤或小球。加載后，天線的頂端電流不為零，這是由于加頂負載加大了垂直部分頂端對地的分布電容，使得頂端不再是開路，頂端的電流不為零，電流的增大使得遠場區(qū)輻射也增大了，輻射特性得到了改善。 電容加載方式本次畢設要求采用電感加載的方式，所以電容加載不做研究。天線的電感加載點以上線段的電流分布并無改善作用。從理論上說，感抗愈大，則電感點以下的電流增加量愈大。但是當電感過大時，不僅增加了重量，而且線圈的電阻損耗也加大，反而會使天線的效率降低。加感點的位置似乎距離頂端越近越好，因為線圈僅對加感點以下線段上的電流分布起作用，但是靠近頂端容抗很高，要能有效的抵消容抗必須加大感抗。加感點的加載位置一般在距天線頂端(1/31/2)h處，h為天線的實際高度。本次畢設用CST2009研究圓形陣列天線在距離陣元頂部2米的位置加載電感，和沒有加載時候的圓形陣列做對比。和前面相差分析一樣，在3M30M之間采用幾個不同的頻點，控制其他變量相同的情況下，在同一頻點處，研究分析加載電感和未加載電感的2D坐標圖。然后選取14M頻點，找出加載的電感值對圓形陣列增益，3dB帶寬的影響。以下是幾個頻點的加載分析。(1)9M頻點 9M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:65 增益： 主瓣方向:65 3dB帶寬75 在低頻點9M位置，加載電感和未加載電感相比，增益略有提高，主瓣方向沒有改變，3dB帶寬稍微增大，副瓣電平得到抑制，但是抑制的幅度不大。(2)14M頻點 14M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:63 增益： 主瓣方向:62 在低頻點14M位置，加載電感和未加載電感相比，增益略有提高，主瓣方向稍微改變，3dB帶寬稍微減小，副瓣電平得到抑制，但是抑制的幅度不大。(3)15M頻點 15M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:62 增益： 主瓣方向:59 在頻點15M位置，加載電感和未加載電感相比，增益有所提高，主瓣方向變小，3dB帶寬減小，副瓣電平得到抑制。(4)16M頻點 16M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:65 增益： 主瓣方向:60 在頻點16M位置，加載電感和未加載電感相比，增益變大，主瓣方向變小，3dB帶寬減小，副瓣電平得到抑制。(5)21M頻點 21M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:76 增益： 主瓣方向:60 在頻點21M位置，加載電感和未加載電感相比，增益變大，主瓣方向變小，3dB帶寬減小，副瓣電平得到抑制。(6)26M頻點 26M頻點加載分析對比圖未加載電感加載電感 增益： 主瓣方向:68 增益： 主瓣方向:693dB帶寬47 在頻點26M位置，加載電感和未加載電感相比，增益變小，主瓣方向變大，3dB帶寬變大，副瓣電平變大。 從以上幾個頻點分析可以看出，在低頻點位置，加載電感與未加載電感相比，總體上，增益都有所提高，主瓣方向會發(fā)生偏移。主瓣寬度有所減小，副瓣電平得到抑制。在較高的頻點位置，情況相反。從總體上說，加載電感對副瓣電平確實起到了抑制的作用，但是對于某固定頻率的圓形陣列來說，加載的電感值得大小如何確定？下面不妨選取14M這主要頻點，針對這個問題進行分析。為了縮短優(yōu)化的時間，可以采取先手動優(yōu)化，再自動優(yōu)化的方法。手動優(yōu)化，即先輸入某些電感值，看這些電感值對圓形陣列的影響，盡可能的縮小電感值的范圍。確定小范圍的電感值之后，再用FEKO進行自動優(yōu)化。 手動優(yōu)化，確定電感值范圍電感值2D圖3D圖增益，3dB帶寬1e5增益：3dB帶寬：44176。3e5增益：3dB帶寬：60176。4e5增益：3dB帶寬：60176。，電感值大于3e5，圓形陣列的增益和3dB帶寬都沒有發(fā)生變化，當電感值為1e5時，副瓣電平較大，增益較小。所以電感值必定在1e5和3e5之間有某個值作為分界面。這個電感值的大小，可以通過FEKO優(yōu)化得到。在優(yōu)化目標當中，加入電感值變量，改變量的取值范圍是1e5到3e5。經(jīng)過優(yōu)化后。 優(yōu)化電感值電感值2D圖3D圖增益，3dB帶寬增益：3dB帶寬：60176。，增益，3dB帶寬，2D圖，3D圖都沒有發(fā)生變化。其他頻點的最優(yōu)加載電感值的確定也是采用相同的方法，只不過頻率不同，其最優(yōu)加載電感值也不同。 圓形陣列天線的幾何參數(shù)分析 ，圓形陣列天線的陣元半徑，陣列半徑，陣元長度等幾何參數(shù)的取值都是接近理論值(1/4波長)。當這些幾何參數(shù)不是理論值的時候，它們的變化對圓形陣列天線的性能產(chǎn)生什么影響？本小節(jié)主要針對這個問題展開研究。(1)陣元半徑h的影響 (a),(b),(c)可知，當陣元長度h=5m(理論值1/4波長)時，陣列的增益最大，當h不等于理論值時,增益變小，同時主瓣寬度和副瓣電平變大。圖 (a) h=4m遠場仿真結果(b) h=5m遠場仿真結果(c) h=6m遠場仿真結果(2)陣元半徑rad的影響(a) rad=2cm遠場仿真結果(b) rad=3cm遠場仿真結果(c) rad=4cm遠場仿真結果(a),(b),(c)可知，當陣元半徑遠遠小于圓形陣列半徑和陣元長度的情況下，陣元半徑對增益，主瓣寬度，副瓣電平?jīng)]有影響。(3)圓形陣列半徑R的影響(a) R=5m遠場仿真結果(b) R=6m遠場仿真結果(c) R=7m遠場仿真結果 (a),(b),(c)可知，當陣列半徑為理論值5米時，圓形陣列的增益較大，隨著R的增大，增益在減小，副瓣電平會增大，輻射方向也會發(fā)生偏移且主瓣寬度會變小。第4章 結論 通過這次課題研究，我總結出圓形陣列天線的一些特性：隨著頻率的提高，工作波長變小，電長度L/λ增大，增益有所增加，方向性也變好。當頻率到達某個頻點時，副瓣電平會隨頻率的增大而明顯升高?？梢酝ㄟ^加載合適的電感值來抑制副瓣電平。圓形陣列天線的半徑和陣元的長度為1/4波長(理論值)時，增益和副瓣電平的權衡比較合理，即在滿足高增益的同時，副瓣電平較低。在控制激勵源幅度一樣的情況下，當每個振子的相差為0時，隨著頻率的增大，增益變大，軸向輻射分量也變大；在不同相差下，隨著頻率的增大，陣列的增益都會不同程度的增大，相差增大，從0度開始，陣列的增益是先是減小后增大。 在設計該課題之前，我重溫了天線的基本知識。在了解FEKO和CST仿真軟件基本操作的基礎上，學會了用FEKO和CST建模仿真。從理論設計，到軟件仿真，再到確定具體方案，再到天線的優(yōu)化與分析，最后到論文定稿。整個過程都需要充分利用所學的知識進行思考、借鑒。另外，通過本次設計，我還掌握了一些FEKO軟件、CST軟件的基本知識，同時也讓我深刻體會到了這些軟件對我以后的學習及工作的重要性，今后一定要進一步學習這些軟件的，為以后的設計打下堅實的基礎。在這次課題的研究當中，我深深體會到，要想在天線技術領域作出優(yōu)異的成果，必須有堅忍不拔的精神、刻苦努力的工作作風；既要充分利用現(xiàn)有資源，又要虛心向老師同學請教。總的來說，這次設計雖然很辛苦，但非常充實。謝 辭能完成本次設計，離不開老師辛勤地知識傳授。在課題完成之際，首先向一直指導我、關心我的XXXXXX老師表示誠摯的敬意和衷心的感謝！老師您辛苦了！感謝我的母?！鹆蛛娮涌萍即髮W，在這四年的大學生活中，母校的老師和同學不僅讓我學會了為人處事，還使我掌握的各種專業(yè)課知識以及學習能力等，這一切都是我一生中寶貴的財富。同時向在我做畢業(yè)設計中曾經(jīng)指導過我的老師、同學、關心過我的朋友和所有幫助過我的人們表示衷心的感謝！感謝本論文的評閱老師在百忙之中抽出寶貴的時間對論文進行審閱。參考文獻 [1] 宋錚，［M].西安：西安電子科技大學出版社，2003. [2] ［D].天津：天津大學，2004. [3] 王增和，［M].北京：機械工業(yè)出版社，2003. [4] ［M].北京：清華大學出版社，2001. [5] ［M].西安：西安工業(yè)大學出版社，2008. [6] .［M].武漢：武漢大學出版社，2005. [7] 牛俊偉，［D].上海：上海大學，2003. [8] [美] Reinhold Ludwig,Pavel Circuit Design:Theory and Applications ［M].USA:Prentice Hall,2002. [9] Ilker R. FOR HANDLING MULTILAYERED MEDIA IN THE FDTD METHOD［DB/DK].2007