【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?yàn)槌林氐碾姼芯€圈會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)變得笨重，天線的機(jī)械強(qiáng)度難以得到保證，所以在實(shí)際中很小應(yīng)用到。 電感加載位置 從各個(gè)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(shí)，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(duì)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(fù)載加大了垂直部分頂端對(duì)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(yuǎn)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(shè)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(diǎn)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(diǎn)以下的電流增加量愈大。但是當(dāng)電感過大時(shí)，不僅增加了重量，而且線圈的電阻損耗也加大，反而會(huì)使天線的效率降低。加感點(diǎn)的位置似乎距離頂端越近越好，因?yàn)榫€圈僅對(duì)加感點(diǎn)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(diǎn)的加載位置一般在距天線頂端(1/31/2)h處，h為天線的實(shí)際高度。本次畢設(shè)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(shí)候的圓形陣列做對(duì)比。和前面相差分析一樣，在3M30M之間采用幾個(gè)不同的頻點(diǎn)，控制其他變量相同的情況下，在同一頻點(diǎn)處，研究分析加載電感和未加載電感的2D坐標(biāo)圖。然后選取14M頻點(diǎn)，找出加載的電感值對(duì)圓形陣列增益，3dB帶寬的影響。以下是幾個(gè)頻點(diǎn)的加載分析。(1)9M頻點(diǎn) 9M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 14M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 15M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 16M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 21M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(diǎn) 26M頻點(diǎn)加載分析對(duì)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(diǎn)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(gè)頻點(diǎn)分析可以看出，在低頻點(diǎn)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(huì)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(diǎn)位置，情況相反。從總體上說，加載電感對(duì)副瓣電平確實(shí)起到了抑制的作用，但是對(duì)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(diǎn)，針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行分析。為了縮短優(yōu)化的時(shí)間，可以采取先手動(dòng)優(yōu)化，再自動(dòng)優(yōu)化的方法。手動(dòng)優(yōu)化，即先輸入某些電感值，看這些電感值對(duì)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(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。 手動(dòng)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(dāng)電感值為1e5時(shí)，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(gè)值作為分界面。這個(gè)電感值的大小，可以通過FEKO優(yōu)化得到。在優(yōu)化目標(biāo)當(dāng)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(diǎn)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(dāng)這些幾何參數(shù)不是理論值的時(shí)候，它們的變化對(duì)圓形陣列天線的性能產(chǎn)生什么影響？本小節(jié)主要針對(duì)這個(gè)問題展開研究。(1)陣元半徑h的影響 (a),(b),(c)可知，當(dāng)陣元長度h=5m(理論值1/4波長)時(shí)，陣列的增益最大，當(dāng)h不等于理論值時(shí),增益變小，同時(shí)主瓣寬度和副瓣電平變大。圖 (a) h=4m遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(b) h=5m遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(c) h=6m遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(2)陣元半徑rad的影響(a) rad=2cm遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(b) rad=3cm遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(c) rad=4cm遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(a),(b),(c)可知，當(dāng)陣元半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓形陣列半徑和陣元長度的情況下，陣元半徑對(duì)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(yuǎn)場仿真結(jié)果(b) R=6m遠(yuǎn)場仿真結(jié)果(c) R=7m遠(yuǎn)場仿真結(jié)果 (a),(b),(c)可知，當(dāng)陣列半徑為理論值5米時(shí)，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(huì)增大，輻射方向也會(huì)發(fā)生偏移且主瓣寬度會(huì)變小。第4章 結(jié)論 通過這次課題研究，我總結(jié)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(dāng)頻率到達(dá)某個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，副瓣電平會(huì)隨頻率的增大而明顯升高。可以通過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(shí)，增益和副瓣電平的權(quán)衡比較合理，即在滿足高增益的同時(shí)，副瓣電平較低。在控制激勵(lì)源幅度一樣的情況下，當(dāng)每個(gè)振子的相差為0時(shí)，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(huì)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(shè)計(jì)該課題之前，我重溫了天線的基本知識(shí)。在了解FEKO和CST仿真軟件基本操作的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)了用FEKO和CST建模仿真。從理論設(shè)計(jì)，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(gè)過程都需要充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考、借鑒。另外，通過本次設(shè)計(jì)，我還掌握了一些FEKO軟件、CST軟件的基本知識(shí)，同時(shí)也讓我深刻體會(huì)到了這些軟件對(duì)我以后的學(xué)習(xí)及工作的重要性，今后一定要進(jìn)一步學(xué)習(xí)這些軟件的，為以后的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這次課題的研究當(dāng)中，我深深體會(huì)到，要想在天線技術(shù)領(lǐng)域作出優(yōu)異的成果，必須有堅(jiān)忍不拔的精神、刻苦努力的工作作風(fēng)；既要充分利用現(xiàn)有資源，又要虛心向老師同學(xué)請(qǐng)教?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)雖然很辛苦，但非常充實(shí)。謝 辭能完成本次設(shè)計(jì)，離不開老師辛勤地知識(shí)傳授。在課題完成之際，首先向一直指導(dǎo)我、關(guān)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！感謝我的母校——桂林電子科技大學(xué)，在這四年的大學(xué)生活中，母校的老師和同學(xué)不僅讓我學(xué)會(huì)了為人處事，還使我掌握的各種專業(yè)課知識(shí)以及學(xué)習(xí)能力等，這一切都是我一生中寶貴的財(cái)富。同時(shí)向在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師、同學(xué)、關(guān)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(píng)閱老師在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間對(duì)論文進(jìn)行審閱。參考文獻(xiàn) [1] 宋錚，［M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003. 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