【正文】 zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 25 參考文獻(xiàn) [1] 王增和，盧春蘭等 . 天線與電波傳播 [M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版 社 ， 2021. [2] 周朝棟，王元坤等 . 天線與電波 [M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1994. [3] 康行健 . 天線原理與設(shè)計(jì) [M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社， 1993. [4] 廖承恩 . 微波技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1994. [5] 唐漢 . 微波原理 [M]. 南京：南京大學(xué)出版社， 1990. [6] 王元坤 . 電波傳播概論 [M]. 北京：國防工業(yè)出版社， 1984. [7] 盧萬靜 . 天線理論與技術(shù) [M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021. [8] 王樸中，石 長生 . 天線原理 [M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 1993. [9] 王新穩(wěn)，李萍 . 微波技術(shù)與天線 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [10] 章文勛譯，（ Kraus， .），（ Marhefka， .）著 .Antennas： For All Applications， Third Edition[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2021. 9JWKf wvGt YM*Jgamp。直到最后全部完成，一種發(fā)自內(nèi)心的成就感涌上心頭。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，把大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)一步鞏固 ，在查閱資料的過程中也了解到一些課外知識，對天線的發(fā)展方向有了一個(gè)明確的認(rèn)識。因此本課題具有很高的科研價(jià)值及實(shí)用意義。 總結(jié)與展望 本論文主要研究的是半波振子天線的設(shè)計(jì)， 半波振子天線是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線。 圖 45 三個(gè)輻射設(shè)置 ，右擊工程樹下的 Result→ Create Report，報(bào)告類型： Far Fields、顯示類型： 3D Plot，在 Geometry 下選擇剛才設(shè)置的 3D_Sphere、在 Category 下選擇 Gain、在 Quantity 下選擇 Gain Total、在 Function 下選擇 dB，然后單擊 Add Trace，再單擊 Done，即可創(chuàng)建三維方向圖 圖 46 三維增益方向圖 22 由 3D 方向圖可知，其增益約為 。 0≤φ≤360176。的平面，xy 平面即 θ=90176。 分析電壓駐波比 VSWR 右擊工程樹下的 Result→ Create Report，報(bào)告類型： Terminal Solution Date、顯示類型：Rectangular Plot，在 Category 下選擇 VSWR、在 Quantity 下選擇 VSWR（ Lumpport1）、在Function 下選擇 none，然后單擊 Add Trace，再單擊 Done，即可創(chuàng)建 VSWR 參數(shù)曲線圖 圖 44 VSWR 參數(shù)圖 從 VSWR 參數(shù)圖可以看出，中心頻率 處的 VSWR 的值約為 ，這個(gè)值符合工程上要求的 VSWR，因此該參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。 至此 3D 模型已創(chuàng)建完成，下一章將分析該天線設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。 ， HFSS→ Validation Check→ Close。 ， HFSS→ Analysis Setup→ Add Solution Setup，名稱為 Setup1；求解頻率Solution Frequency： ；最大迭代次數(shù) Maximum Number of Passes20；每次迭代允許的最大 Delta S： → OK。 18 ，選擇 feed1； HFSS→ Excitation→ Assign→ Lumped Port，輸入名稱 Lump port1，參考阻抗為 50Ω→ Next，點(diǎn)擊 Undefined→ New Line，輸入坐標(biāo) X： 0， Y：， Z： ； dX： 0， dY:： 0， dY： 。 圖 317 3D 模型樹 圖 318 輻射邊界 Air 的 Command 對話框 至此，本設(shè)計(jì)的 3D 模型創(chuàng)建成功，如下圖。 圖 313 三維模型樹 16 雙擊 Rectangle1，在彈出的對話框中，把名稱改為 feed1→ 確定，然后雙擊 Create Rectangle， 彈出 Command 對話框，按照下圖輸入 圖 314 feed1 的 Command 對話框 ， Edit→ Select→ By Name，在彈出的對話框中按住 Ctrl 選擇 Arm Arm feed1→ OK（或者 Ctrl+A 全選）， 圖 315 選擇的 3 個(gè)物體 Edit→ Copy（ Ctrl+C）， Edit→ Duplicate→ Along Line， 往 Y 方向平移 d=。 圖 38 設(shè)計(jì)所需變量 Arm1，選擇菜單 Draw→ Cylinder 進(jìn)入創(chuàng)建圓柱模型狀態(tài)，在 3D 模型區(qū)隨意拖一個(gè)圓柱，其會顯示在三維模型樹下，默認(rèn)名稱為 Cylinder1。 圖 33 單位選擇 ，利用 3D 模型工 具欄，點(diǎn)擊 Select 圖 34 3D 模型工具欄 13 在彈出的對話框中，在以名稱查找欄 Search by Name 輸入 pec→ OK。 3D 模型的創(chuàng)建 Ansoft HFSS 設(shè)置解決方案類型，選擇菜單中的 HFSS→ Solution Type，選擇Driven Terminal→ OK。 當(dāng)今天線設(shè)計(jì)最常使用的設(shè)計(jì)軟件就是 HFSS，本文采用的版本為“ HFSS ”。 HFSS 的數(shù)值計(jì)算功能 （ 1） 基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠(yuǎn)場輻射問題； （ 2） 端口特征阻抗和傳輸常數(shù)； （ 3） S 參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化 S 參數(shù)等。 圖 31 HFSS 啟動的主界面 表 31 HFSS 的優(yōu)點(diǎn)與天線設(shè)計(jì)的功能 HFSS 的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面； （ 2） 精確自適應(yīng)的場解器； （ 3） 擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器； （ 4） 能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的 S 參數(shù)和全波電磁場。 表 22 半波振子的諧振長度 長度半徑 比（ h/a） 縮短率（ %） 諧振長度 2h 線徑分類 5000 2 很細(xì) 500 4 細(xì) 50 5 粗 10 9 很粗 注意：隨著振子的加粗，諧振長度的縮短，輸入電阻 Rin 將小于 ；如表 22 中 h/a=50的粗振子，運(yùn)用表 21 中的第二個(gè)公式可以算出輸入電阻 Rin 約為 。無線細(xì)半波對稱振子輻射阻抗 RΣ 的理論值為（ +） Ω，這說明細(xì)振子的長度要略短于半個(gè)波長，因?yàn)殚L度為半個(gè)波長時(shí)已經(jīng)有剩余的感抗了。 天線陣是由若干個(gè)單元天線按照一定方式排列起來的輻射系統(tǒng)，構(gòu)成陣列天線的單元天線稱為陣元，本文所設(shè)計(jì)的是由半波振子組成的二元天線陣；采用天線陣的目的是為了增強(qiáng)方向性，使其在某一方向上的輻射更強(qiáng)，或者是為了的到既定的方向性。 半波振子 長度 L是半個(gè)波長的振子稱為半波振子。工程，一般對 S11 的模取對數(shù)就可 以得到以 dB 表示的回波損耗（ RL）： 11log20 SRL ?? （ 224） 對于天線來說，一般情況下 S11 取值為 10dB 以下都可以使用。 S11 參數(shù) S 參量表達(dá)的是電壓波，它使我們可以用入射電壓波和反射電壓波的方式定義網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出關(guān)系。用駐波比 VSWR 來表示為： LLVSWR ?? ??? 11 （ 217） 上式中 ΓL為終端反射系數(shù)，它等于 LL jLjLLLLL eeZZ ZZZZ ZZ ?? ?????????0000 （ 218） 工程上，一般要求天線的 VSWR≤，且盡量使其接近于 1，從而達(dá)到最優(yōu)匹配狀態(tài)。 不管是天線是用來發(fā)射，還是接收，我們都要使其與饋線匹配，其匹配條件是： 0ZZin? （ 216） 式中 Z0是饋線 的特性阻抗。當(dāng)天線工作于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，天線對于發(fā)射機(jī)而言是其負(fù)載；當(dāng)天線工作于接收狀態(tài)時(shí)，天線是接收機(jī)的信號源。 天線的增益常用分貝來表示，即： GGdB log10? （ 213） 駐波參量 工程上常用的駐波參量是電壓駐波比（ VSWR），其定義為：傳輸線上相鄰的波腹電和 8 波谷點(diǎn)的電壓振幅之比為電壓駐波比，用 VSWR 表示，簡稱駐波比（ SWR），或稱為電壓駐波系數(shù)，用 ρ 表 示，即有 mi nma x)( VVVSW R ??或 （ 214） 電壓駐波比是射頻工程上最常用的參數(shù)，用來衡量器件之間的匹配情況是否良好。天線的增益用 G 來表示，其定義為：在同一距離及相同輸入功率的條件下，某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度 Smax(或場強(qiáng) |Emax|的平方）和理想無方向性天線 (理想點(diǎn)源 )的輻射功率密度 S0（或場強(qiáng) |E0|的平方）之比，稱為天線的增益 [9]，即： 00 202m a x0m a xinininin PPPP EESSG?? ?? （ 210） 式中 Pin、 Pin0 分別為實(shí)際天線和理想無方向性天線的輸入功率。 因?yàn)闊o方向性天線在 r 處產(chǎn)生的輻射功 率密度為 ?? 2404 20200 ErPS r ?? （ 25） 則由方向系數(shù)的定義可得， rPErD602m ax2? （ 26） 因此，在最大輻射方向上 r DPE r60ma x ? （ 27） 上式表明，天線的輻射場與 PrD 的平方根成正比，所以對于不同的天線，若它們的輻射功 7 率相等，則在同是最大輻射方向且同一 r 處的觀察點(diǎn)，輻射場之比為 212m ax1m ax DDEE ? （ 28） 方向系數(shù)的通用計(jì)算公式為 ??? ?? ????? ?0 220 s i n),(4 dFdD （ 29） 半波振子的方向系數(shù)約 為 。記為 D， 00 202m a x0m a xrrrr PPPP EESSD?? ?? （ 24） 式中 rP 、 0rP 分別為實(shí)際天線和無方向性天線的輻射功率。 6 圖 22 單個(gè)半波振子的三維方向圖 方向系數(shù)是天線方向性強(qiáng)弱的集中體現(xiàn)。工程上常采用兩個(gè)特定的正交平面， E 面和 H 面。按照空間維數(shù)，有三維立體方向圖、二維平面方向圖；按照主截面的不同，又有 E 面方向圖和 H 面方向圖之分；按照 坐標(biāo)系的不同，可分為直角坐標(biāo)系方向圖和極坐標(biāo)方向圖。復(fù)雜的天線往往找不到較準(zhǔn)確的方向函數(shù)表達(dá)式，此時(shí)必須借助測量的到的數(shù)據(jù)繪制方向圖，以了解天線的輻射特性。我們常 采用其歸一化的方向函數(shù) ),( ),(),( ),(),( m a xm a x ?????????? E Ef fF ?? （ 23） 輻射方向圖簡稱方向圖，是方向函數(shù) f (θ， φ)的圖示。用 f (θ,φ)表示。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子，當(dāng)振子的總長度為 λ/2 時(shí)，稱之為半波振子。 5 ，即便導(dǎo)線是筆直的也將產(chǎn)生輻射。 ： ，就不會有輻射。當(dāng)在時(shí)諧條件下振蕩時(shí)，電荷就會產(chǎn)生周期性的加速度，或者產(chǎn)生時(shí)變電流。我們經(jīng)常談到的電流是在時(shí)諧狀態(tài)下的，而電荷往往是討論其瞬間的情況。 圖 21 一細(xì)直導(dǎo)線 如圖 21 所示的的一細(xì)直導(dǎo)線，電流可表示為 zlz vq