【正文】 參考文獻(xiàn) [1] 宋錚，［M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003. [2] ［D].天津：天津大學(xué)，2004. [3] 王增和，［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [4] ［M].北京：清華大學(xué)出版社，2001. [5] ［M].西安：西安工業(yè)大學(xué)出版社，2008. [6] .［M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005. [7] 牛俊偉，［D].上海：上海大學(xué)，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.。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(chéng)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(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(zhuān)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?？偟膩?lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)雖然很辛苦，但非常充實(shí)。另外，通過(guò)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)。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。 在設(shè)計(jì)該課題之前，我重溫了天線的基本知識(shí)。圓形陣列天線的半徑和陣元的長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)(理論值)時(shí)，增益和副瓣電平的權(quán)衡比較合理，即在滿(mǎn)足高增益的同時(shí)，副瓣電平較低。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。(3)圓形陣列半徑R的影響(a) R=5m遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果(b) R=6m遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果(c) R=7m遠(yuǎn)場(chǎng)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。(1)陣元半徑h的影響 (a),(b),(c)可知，當(dāng)陣元長(zhǎng)度h=5m(理論值1/4波長(zhǎng))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。 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(zhǎng)度等幾何參數(shù)的取值都是接近理論值(1/4波長(zhǎng))。，增益，3dB帶寬，2D圖，3D圖都沒(méi)有發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后。這個(gè)電感值的大小，可以通過(guò)FEKO優(yōu)化得到。，電感值大于3e5，圓形陣列的增益和3dB帶寬都沒(méi)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。3e5增益：3dB帶寬：60176。確定小范圍的電感值之后，再用FEKO進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。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。在較高的頻點(diǎn)位置，情況相反。 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。(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。(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。(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(méi)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。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。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(méi)有加載時(shí)候的圓形陣列做對(duì)比。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。從理論上說(shuō)，感抗愈大，則電感點(diǎn)以下的電流增加量愈大。 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。電容加載一般是在頂端加輻射葉、圓盤(pán)或小球。 電感加載位置 從各個(gè)因素來(lái)考慮，中部加載電感的天線是最好的。中部加載天線，因輻射效率較高所以被廣泛使用。電感的加載方式有三種： A為底部加載天線，這種天線的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能較好，缺點(diǎn)是這種加載方式的輻射電阻很低，而且由于大多數(shù)能量從加載線圈輻射出來(lái)的，因此其輻射效率較低。根據(jù)傳輸線的理論，1/4波長(zhǎng)的開(kāi)路線相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振電路，所以其整個(gè)負(fù)載是呈純電阻性的，長(zhǎng)度小于1/4波長(zhǎng)的倍數(shù)的天線其阻抗呈容性，這時(shí)天線不產(chǎn)生諧振，為此我們可以在天線上加一個(gè)電感來(lái)與天線平衡，從而使天線發(fā)生諧振，我們稱(chēng)這種天線為加載天線。 圓形陣列天線的加載分析 ，雖然提高頻率使得圓形天線陣列的增益增大了，但是副瓣電平也隨著增大。從以上4個(gè)相差可以看出，陣子相位相同時(shí)，陣列增益幾乎保持不變，和有相差比起來(lái)，無(wú)相差的圓形天線陣增益最大；這是因?yàn)樵诘染嚯x處，相差相同的激勵(lì)得到了疊加，所以增益最大；而有相差的激勵(lì)，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(kāi)始，陣列的增益是先是減小后增大，這是因?yàn)樵诘染嚯x處，有的位置得到加強(qiáng)，有的位置得到減弱，所以增益比不上無(wú)相差的圓形天線陣列。 不同頻點(diǎn)位置相差為120的蘋(píng)果圖 ，隨著頻率的增加，全向性增強(qiáng)，定向性減弱。 不同頻點(diǎn)位置相差為80的蘋(píng)果圖 ，隨著頻率的增加，相差為80的圓形陣列天線，增益逐漸增加，然后再減小，與0相差相比，對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的位置增益變小。與0相差相比，對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的位置增益變小。(2)相差為40。 不同頻點(diǎn)位置相差為0的蘋(píng)果圖 ，隨著頻率的增加，相差為0的圓形陣列天線，其增益逐漸增加，在低頻點(diǎn)位置，具有較強(qiáng)的全向輻射能力，在較高頻點(diǎn)位置具有較強(qiáng)的定向輻射能力。本小節(jié)用FEKO仿真軟件，從等值相差的角度來(lái)研究圓形陣列天線。 圓形陣列天線的等值相差分析，實(shí)際上是在相同的幾何參數(shù)下(天線模型的尺寸參數(shù))控制在某個(gè)固定的頻點(diǎn)位置，找出幾個(gè)陣元之間相互的相位關(guān)系，使其到達(dá)優(yōu)化目標(biāo)。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。在14M15M處，增益至少為5dB)。比21M有較強(qiáng)的方向性。 26M頻點(diǎn)相位優(yōu)化結(jié)果P3+02P4+02P5+02P6+01P7+01P8+01P9+02P10+01 26M頻點(diǎn)相位優(yōu)化2D和3D圖3D圖2D圖 ，26M頻點(diǎn)處，3D圖的水平和俯仰方向都只有一個(gè)主瓣，但是水平方向上的副瓣變大()，在2D圖中可知。在14M15M處，增益至少為5dB)。比16M有較強(qiáng)的方向性。 21M頻點(diǎn)相位優(yōu)化結(jié)果P3+01P4+02P5+02P6+00P7+01P8+02P9+02P10+01 21M頻點(diǎn)相位優(yōu)化2D和3D圖3D圖2D圖 ，21M頻點(diǎn)處，3D圖的水平和俯仰方向都只有一個(gè)主瓣，但是水平方向上的副瓣變大()，在2D圖中可知。在14M15M處，增益至少為5dB)。比15M頻點(diǎn)有較強(qiáng)的方向性。在2D圖中可知。(4)16M頻點(diǎn)在16M頻點(diǎn)位置。(本畢設(shè)要求主瓣寬度為60176。主瓣寬度大約為57176。 15M頻點(diǎn)相位優(yōu)化結(jié)果P3+01P4+02P5+02P6+01P7+01P8+01P9+02P10+01 15M頻點(diǎn)相位優(yōu)化2D和3D圖3D圖2D圖 ，15M頻點(diǎn)處，3D圖的水平和俯仰方向都只有一個(gè)主瓣，副瓣電平小。在14M15M處，增益至少為5dB)。比9M的主瓣寬度好，說(shuō)明方向性比9M頻點(diǎn)的好，符合設(shè)計(jì)要求。在2D圖中可知，高于9M頻點(diǎn)的增益。(2)14M頻點(diǎn)在14M頻點(diǎn)位置。在2D圖中可知，(本畢設(shè)要求在14M15M處，增益至少為5dB),主瓣寬度大約為76176。(1)9M頻點(diǎn)在9M頻點(diǎn)位置。 9振子圓形陣列天線幾何模型第3章 圓形陣列天線的優(yōu)化與分析 相位優(yōu)化與分析 此次相位優(yōu)化，要求固定陣列模型的幾何參數(shù)，即圓柱盤(pán)半徑r=+01米，圓柱盤(pán)厚度d=、振元半徑rad=。目標(biāo)類(lèi)型為gain，約束條件為(8)當(dāng)中的mask1和mask2。初始值都是從0開(kāi)始。9個(gè)振子的取值范圍都是180176。(9)創(chuàng)建優(yōu)化參數(shù)雙擊search目錄下的parameters，對(duì)需要優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置好范圍。添加了2個(gè)目標(biāo)mask1，mask2，優(yōu)化目標(biāo)mask1的最值設(shè)為10，最小值為10，而mask2 最大值為9，最小值為12，寬度為輻射寬度即約為60度。按照同樣的道理建立Mask2。Mask1的數(shù)據(jù)如下，X軸0，10,20,30,40,50，130,140,150,160,170,180,190,20