中国石油大学胜利学院
综合课程设计总结报告
题目：三相异步电机直接启动特性实验模型
学生姓名：潘伟鹏
系别：机械与电气工程系
专业年级：2012 级电气工程专业专升本2 班指导教师：王铭
2013 年 6 月27 日
一、设计任务与要求
普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的
6--7 倍，起动转矩能达到额定转矩的 1.25 倍以上。过高的温度、
过快的加热速度、 过大的温度梯度和电磁力， 产生了极大的破坏力， 缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。 但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过 MATLAB 软件建模 模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。
电力系统 matlab 仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证
三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩 M 与直流电动机的电磁转矩 有相似的表达形式。它
们都与电机结构(表现为转矩常数)和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部 电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为：
1-1)
式中 ——转矩常数
——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和
作用力 之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间 的关系时非常方便。
从三相异步电动机的转子等值电路可知，
(1-3)
将式(1-2)、 (1-3)代入 (1-1)
得：
每级下磁通
从上述可见，三相异步电动机的机械特性由两段组成：当 s 较小（ n 较高）时， n 与 M 近似呈线性关系；当 s 较大（ n 较低）时， n 随 M 增大而升高。将两部分机械特性圆滑连接，既得三相异步电动机机械特性，如 图 1-1 所示。
5.
由上述公式可得三相异步电动机直接起动时，起动电流较大，可达额定电流的 5～ 7 倍，同时会引起电网电
压波动，该方法只适合于小容量轻负载的异步电
动机的起动。 二：异步电动机直接启动的电路图如图 1-2：
1-4）
：我们做如下分析： 当 s=0 时，
，M=0 ，说明电动机的理想空
载转速为同步转速 。
当 s 很小时，有 ， ，说明
电磁转矩 T 近似与 s 呈线性关系， 即随着 M 的增 加，
略有下降。因而，类似直流 电动机的机械特性，是一条下倾的直线。
当 s 很大时，有 ， ，说明电磁转矩 M 近似与 s 成反比，即 M 增加时 n 反而升
高。
当 s=1 时， =常数，此即三相异步电机的启动转矩。
图 1-1 三相异步电动机机械特性
n=0，
图1-2
三、电路设计与参数计算
MATLAB简介八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析，研究和设计的有利工具。应用计算机的仿
真技术，我们可以用软件建立起电机及其传动、控制的仿真模型，再以这个模型在计算机内人为模拟的环境或条件下的运行研究，替代真实电机在实际场合下的运行实验，既可得到可靠的数据，又节约了研究的时间及费用。MATLAB 语言具有以下特点：1 功能强大、2 界面友好、编程效率高3 扩展性强启动SIMULINK只需在MATLAB 的命令窗口键人“SIMULNIK”命令，此时出现一个SIMULINK窗口。这个窗口包含7 个模块库，它们分别是信号源模块库(sources)、输出模块库(Sinks)、离散模块库(Diserete) 、线性模块库(Linear)、非线性模块库(Nonlinear) 、连接与接口模块库(Connections) 和扩展模块库(Extrax)。
1、仿真电路设计和参数
应用MatLab/simulink 建立三相异步电动机直接起动仿真模型如图1 所示。主要包括三相异步电动机模块
( Asynchronous Machine )、电源模块 ( Power Source )、选择器模块 ( Selector ) 和测量模块
( Machinemeasurement )等。其中，异步电机模块参数设置如下：Pn =110 KW，Un =400 V，fn =50 Hz, Un =1 487
r/min, 定子电阻Rs=0.02155 ，Ω定子电感Ls=0.000 226H，转子电阻Rr=0.012 31 ，Ω转子电感Ls=0.000 226H，漏抗X1+X' 2=0.254励Ω磁,互感L m=0.010 38H，转动惯量J=2.3kg m·，摩擦系数F=0.05421N m·s，极对数p=2 。
2、原理图(含仿真模块名称与型号)
图
2
三相异步电动机直接起动模型
3、元件清单元 件 序 号
元件 符号 元件 型号
主要参数
数量
备注
1 U
3-Phase Programm able Voltage Source
400v 1
2 M Asynchron ous Machine SI Units
110kw 400v 1
3 V Voltage Measurem ent
1
4
Constant 500 1
5Machines
Measurem
ent Demux
1
6Selector ia2
7Scope2
8Gain10
四、仿真过程与仿真结果
根据原件清单使用matalab6.5 连线仿真结果如下
五、调试优化
（1）静态调试图如下，负载为零时。转子电流定子电流转速
机械转矩
六、仿真正确性验证
（1）转子电流验证
带入上述已知参数，利用
与转速的曲线关系 Y/X （转子电流（ A ）/转速（ r/min ） ）：
2）动态调试图，带负载运行时
转子电流
定子电流
转速
机械转矩
M 语言程序画出如下的转速与转子电流特性图；可得电流
由上图曲线变化可得知电流随转速的增加而下降，异步电动机直接起动电流达到额定电流的 速达到
1500r/min 时电流大约为 300A, 经过验证所得结果与理论值相同。
（2）机械转矩验证
由图可知电机刚启动时起动转矩能达到额定转矩的 1.25 倍以上，与仿真图相符。 结论与心得 经过两个个星期的学习与仿真，使我在整个电机设计过程中，学到了不少东西，更深一步掌握了 电机电路设计的原理，深入了解了我们专业的基础课程。
本次的实验目的是通过解决比较简单的实际问题，巩固和加深在《电机学》课程中所学的理论知识和实验技 能。训练学生综合运用学过的电机及拖动
6--7 倍，当转
利用 M 语言程序画出如下的转速与机械转矩特性图；
Y/X （转速
/机械转
MatLab 在
将电机参数和数据代入电磁转矩公式， 矩
）
基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，科学实验，分析结果等工作，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。加强了理论知识与实践统一的能力，加强了自己动手操作的能力。与此同时，也培养了我们的团队精神，有助于我们更快的适应社会，适应工作。我相信通过这次课程设计会给我以后的学习生活中更大的帮助。最后感谢在这次训练中给予我帮助的的老师和同学。
八、参考文献
[1] 顾绳谷.电机及拖动基础[M].4 版.北京：机械工业出版社，2007
[2] 李维，matlab 在电气中的应用.北京：中国电力出版社，2007
[3] 汤蕴缪.电机学[M]. 北京：机械工业出版社，2000.
[4] 刘启新，电机与拖动基础北京中国电力出版社，2007.2
[5] 唐孝镐.实心砖子异步电机及其应用.机械工业出版社，1991.3
基于M A T L A B的智能天 线及仿真 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
摘要 随着移动通信技术的发展，与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值服务，使无线通信的业务量迅速增加，无限电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。另一方面，由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重，更影响了无线电波带宽的利用率。并且无线环境的多变性和复杂性，使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。因此为了适应通信技术的发展，迫切需要新技术的出现来解决这些问题。这样智能天线技术就应运而生。智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问题，可以有效地提高移动通信系统容量和服务质量。开展智能天线技术以及其中的一些关键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。 论文的研究工作是在MATLAB软件平台上实现的。首先介绍了智能天线技术的背景；其次介绍了智能天线的原理和相关概念，并对智能天线实现中的若干问题，包括:实现方式、性能度量准则、智能自适应算法等进行了分析和总结。着重探讨了基于MATLAB的智能天线的波达方向以及波束形成，阐述了music和capon两种求来波方向估计的方法，并对这两种算法进行了计算机仿真和算法性能分析; 关键字:智能天线；移动通信；自适应算法；来波方向； MUSIC算法 Abstract With development of mobile communication technology，mobile users and communication，increment service are increasing，this make wireless services increase so that bandwidth of wireless wave is unfit for development of communication，On the other hand，much serious Co-Channel Interruption and the Multiple Address interruption effect utilize rate of wireless wave’s bandwidth，so the transported signals are declined and wear down，All this has strong bad effect on the capacity and
14元阵列天线方向图及其MATLAB仿真
阵列天线方向图及其MATLAB 仿真 1设计目的 1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数 2.运用MATLAB 仿真阵列天线的方向图曲线 3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 2设计原理 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。 二元阵辐射场： 式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场： 令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数： 式中：ζφθψ+=cos sin kd 均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。由此可以得出 ])[,(212121ζθθθ?θj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12 cos ),(21jkr m e F r E E -=ψ?θθζ φθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζ?θθ?θ2πθ=)2/sin()2/sin(1)(ψψψN N A =kd m ζ?-=cos
这里有两种情况最为重要。 1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。 2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时0=m ?或π，也就是说阵的各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。 3设计过程 本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。 14元端射振天线H 面方向图的源程序为： a=linspace(0,2*pi); b=linspace(0,pi); f=sin((cos(a).*sin(b)-1)*(14/2)*pi)./(sin((cos(a).*sin(b)-1)*pi/2)*14); polar(a,f.*sin(b)); title('14元端射振的H 面方向图 ，d=/2,相位=滞后'); 得到的仿真结果如图所示： 14元端射振天线三维方向图的源程序为： y1=(f.*sin(a))'*cos(b); z1=(f.*sin(a))'*sin(b); x1=(f.*cos(a))'*ones(size(b)); surf(x1,y1,z1); 2 π?±=m
2.3.1 阵列几何图 天线阵可以是各种排列，下图所示分别为圆阵(UCA)、线阵(ULA)、矩形阵(URA)排列方式与空间来波方向关系图，为简化整列分析，假设阵元间不考虑耦合，L 为天线数目，天线间距相等且均为d ，为入射在阵列上的水平波达角，为垂直波达角。 图2- 1 阵列排列方式与空间来波方向的关系 1） 圆阵排列方式的天线响应矢量为： 011cos() cos() cos() cos() (,)[,,...,,...,]l L j j j j T U C A a e e e e ξ?ψξ?ψξ?ψξ?ψ θ?-----= 公 式2- 1 其中2/,0,1,...,1l l L l L ψπ==-为第l 天线阵元的方位角，sin(),w w k r k ξθ=为波 数 2） 线阵排列方式的天线响应矢量为： cos sin (1)cos sin (,)[1,,...,]w w jk d jk d L T U LA a e e ?θ ?θ θ?-= 公式2- 2 3） 矩形阵列方式的天线响应矢量为： (1)()[(1)] (1)[(1)(1)](,)(()())[1,,...,,,,... ,...,,...,] T jv j p v ju j u v u URA N p j u p v j N u j N u p v T a vec a u a v e e e e e e e θ?-++---+-== 公式2- 3 ,N P 分别为x ，y 方向的天线数目，这里设x y d d =， (1)()[1,,...,]ju j N u T N a u e e -=； cos sin w x u k d ?θ=； (1)()[1,,...,]jv j p v T p a v e e -=；
天线阵代码 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W);
天线阵代码 .pudn./downloads164/sourcecode/math/detail750575.htm l 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3);
r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); %---------------------- W=a+(beta.*d.*cos(t));
微波技术与天线作业 电工1001，lvypf（12） 1、二元阵天线辐射图matlab实现 1)matlab程序: theta = 0 : .01*pi : 2*pi; %确定θ的范围 phi = 0 : .01*pi : 2*pi; %确定φ的范围 f = input('Input f(Ghz)='); %输入频率f c = 3*10^8; %常量c lambda = c / (f*10^9); %求波长λ k = (2*pi) / lambda; %求系数k d = input('Input d(m)='); %输入距离d zeta = input('Input ζ='); %输入方向系数ζ E_theta=abs(cos((pi/2)*cos(theta))/sin(theta))*abs(cos((k*d*sin(theta)+zeta)/2)); %二元阵的E面方向图函数 H_phi=abs(cos((k*d*cos(phi)+zeta)/2)); %二元阵的H面方向图函数 subplot(2,2,1); polar(theta,E_theta); title('F_E_θ') subplot(2,2,2); polar(phi,H_phi); title('F_H_φ'); subplot(2,2,3); plot(theta,E_theta); title('F_E_θ'); grid xlim([0,2*pi]) subplot(2,2,4); plot(phi,H_phi); grid xlim([0,2*pi]) title('F_H_φ');
2)测试数据生成的图形： a)f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=0 图1，f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=0 b)f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=pi 图2，f=2.4Ghz,d=lambda/2,ζ=pi
手把手教你天线设计—— 用MATLAB仿真天线方向图 吴正琳 天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。天线的基本单元就是单元天线。 1、单元天线 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。
1.1用MATLAB画半波振子天线方向图 主要是说明一下以下几点： 1、在Matlab中的极坐标画图的方法： polar(theta,rho,LineSpec)； theta：极坐标坐标系0-2*pi rho：满足极坐标的方程 LineSpec：画出线的颜色 2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。也就是说这时的方向图只剩下一半。 3、半波振子天线方向图归一化方程： Matlab程序： clear all lam=1000;%波长 k=2*pi./lam;
1.均匀线阵方向图 %8阵元均匀线阵方向图，来波方向为0度 clc; clear all; close all; imag=sqrt(-1); element_num=8;%阵元数为8 d_lamda=1/2;%阵元间距d与波长lamda的关系 theta=linspace(-pi/2,pi/2,200); theta0=45/180*pi;%来波方向(我觉得应该是天线阵的指向) %theta0=0;%来波方向 w=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*[0:element_num-1]'); for j=1:length(theta) %(我认为是入射角度，即来波方向,计算阵列流形矩阵A) a=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta(j))*[0:element_num-1]'); p(j)=w'*a; %(matlab中的'默认为共轭转置，如果要计算转置为w.'*a) end figure; plot(theta,abs(p)),grid on xlabel('theta/radian') ylabel('amplitude') title('8阵元均匀线阵方向图') 见张小飞的书《阵列信号处理的理论和应用2.3.4节阵列的方向图》
当来波方向为45度时，仿真图如下： 8阵元均匀线阵方向图如下，来波方向为0度，20log（dB）
随着阵元数的增加，波束宽度变窄，分辨力提高：仿真图如下：
2.波束宽度与波达方向及阵元数的关系clc clear all close all ima=sqrt(-1);
阵列天线方向图的MATLAB 实现课程名称：MATLAB程序设计与应用任课教师：周金柱 班级：04091202 姓名：黄文平 学号：04091158 成绩：
阵列天线方向图的MATLAB 实现 摘要：天线的方向性是指电磁场辐射在空间的分布规律，文章以阵列天线的方向性因子F（θ，φ）为主要研究对象来分析均匀和非均匀直线阵天线的方向性。讨论了阵列天线方向图中主射方向和主瓣宽度随各参数变化的特点，借助M ATLAB绘制出天线方向性因子的二维和三维方向图，展示天线辐射场在空间的分布规律，表现辐射方向图的特点。 关键词：阵列天线;;方向图；MATLAB 前言： 天线是发射和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。不同用途的天线要求其有不同的方向性，阵列天线以其较强的方向性和较高的增益在工程实际中被广泛应用。因此，对阵列天线方向性分析在天线理论研究中占有重要地位。阵列天线方向性主要由方向性因子F（θ，φ）表征，但F（θ，φ）在远区场是一组复杂的函数，如果对它的认识和分析仅停留在公式中各参数的讨论上，很难理解阵列天线辐射场的空间分布规律[ 1 ]。MATLAB以其卓越的数值计算能力和强大的绘图功能，近年来被广泛应用在天线的分析和设计中。借助MATLAB可以绘制出阵列天线的二维和三维方向图，直观地从方向图中看出主射方向和主瓣宽度随各参数的变化情况，加深对阵列天线辐射场分布规律的理解。 1 均匀直线阵方向图分析 若天线阵中各个单元天线的类型和取向均相同，且以相等的间隔d 排列在一条直线上。且各单元天线的电流振幅均为I，相位依次滞后同一数值琢，那么，这种天线阵称为均匀直线式天线阵，如图1 所示[ 2 ]: 均匀直线阵归一化阵因子为[ 3 ]： Fn（θ，φ）是一个周期函数，所以除§= 0 时是阵因子的主瓣最大值外，§= ±2 mπ
阵列天线方向图及其MATLAB 仿真 1设计目的 1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数 2.运用MATLAB 仿真阵列天线的方向图曲线 3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 2设计原理 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。 二元阵辐射场： 式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场： 令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数： ])[,(212121ζθθθ?θj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12 cos ),(21jkr m e F r E E -=ψ?θθζ φθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζ?θθ?θ2 πθ=) 2/sin() 2/sin(1)(ψψψN N A =
式中：ζφθψ+=cos sin kd 均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。由此可以得出 这里有两种情况最为重要。 1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。 2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时 0=m ?或π，也就是说阵的 各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。 3设计过程 本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。 14元端射振天线H 面方向图的源程序为： a=linspace(0,2*pi); b=linspace(0,pi); f=sin((cos(a).*sin(b)-1)*(14/2)*pi)./(sin((cos(a).*sin(b)-1)*pi/2)*14); polar(a,f.*sin(b)); title('14元端射振的H 面方向图 ，d=/2,相位=滞后'); 得到的仿真结果如图所示： kd m ζ?-=cos 2π ?±=m
天线阵代码 http://pudn/downloads164/sourcecode/math/detail750575.html 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3);
%归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); W=a+(beta.*d.*cos(t)); z3=(N2/2).*(W); z4=(1/2).*(W); W2=sin(z3)./(N2.*sin(z4)); %非归一化的阵因子K2
山东科技大学通信工程系 创新性实验设计报告 实验项目名称Matlab仿真天线阵的方向图及半功率宽度 组长姓名学号 手机 Email 成员姓名＿＿＿＿学号＿＿ 成员姓名＿＿＿＿学号＿＿ 专业通信工程班级 09—3 指导教师及职称 开课学期 2011 至 2012 学年＿ 2 ＿学期 提交时间 2012 年 7 月 13 日 一、实验摘要
熟悉课本第183页直线等距（LES）天线阵列的基本原理； 熟悉常用的算法，包括最小均方计算（LES），递归最小平方计算（RLS）和恒模算法（CMA）。 能够利用matlab软件仿真天线阵列的方向图，并且利用matlab计算其半功率宽度。 二、实验目的 1. 了解只能天线的组成，并能对天线矩阵进行分析 2. 运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线 3. 变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 4. 利用matlab计算LES阵列的半波宽度。 三、实验设计方案 1、实验原理 1. 阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并 通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由 于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天 线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。
2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元 阵列天线 天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。 2、实验内容 假设阵元间距为波长的一半，天线元数目5个，导引向量a（0,0）； （1）仿真天线阵方向图实验主程序 thita=linspace(0,2*pi; fiai=0; lamda=0.4; d=lamda./2; beta=2.*pi./lamda; thita1=pi/6;
clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; % 馈电相位差 i=1; % 天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f d=lambda/2; beta=2 、 *pi/lambda; W=-2*pi:0 、 001:2*pi; y1=sin((N1 、 *W 、 /2)) 、 /(N1 、 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2 、 *W 、 /2)) 、 /(N2 、 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3 、 *W 、 /2)) 、 /(N3 、 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序 figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; % 阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2 波长,a= n /2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; % 阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2 波长,a= n /2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; % 化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2 波长,a= n /2') % --------------- %只有参数N 改变的天线方向 图 t=0:0 、0 1 :2*pi; W=a+(beta 、*d 、*cos(t)); z1=(N1/2) 、*(W); z2=(1/2) 、*(W); W1=sin(z1) 、/(N1 、*sin(z2)); % 非归一化的阵因子 K1 K1=abs(W1); % --------------- 天线阵代码 波长 *(sin(W 、/2))); % *(sin(W 、/2))); % *(sin(W 、/2))); % 归一化阵因子 归一化阵因子 归一化阵因子 绘出N=4等幅等矩阵列的归一化 绘出N=8等幅等矩阵列的归一化 绘出N=12等幅等矩阵列的归一
matlab仿真天线阵代码 天线阵代码 tail750575.html 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子y3=abs(y3); r3=max(y3);
%归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一 化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1 K1=abs(W1); %---------------------- W=a+(beta.*d.*cos(t)); z3=(N2/2).*(W); z4=(1/2).*(W); W2=sin(z3)./(N2.*sin(z4)); %非归一化的阵因子K2 K2=abs(W2); %------------------------- W=a+(beta.*d.*cos(t)); z5=(N3/2).*(W);
方向图 clear lamda=10;%自由空间的波长 n=1.125; l=n*lamda; k=2*pi/lamda;%自由空间的相移常数 theta0=[0.0001:0.1:360]; theta=theta0*pi/180; for i=1:length(theta0) fe(i)=abs((cos(k*l*cos(theta(i)))-cos(k*l))/sin(theta(i))); % fh(i)=1-cos(k*l); end % figure polar(theta,fe/max(fe)); xlabel('l=1.125λ'); % figure % polar(theta,fh/max(fh)); 辐射阻抗 clear lamda=10;%自由空间的波长 n=0.1:0.01:0.9; l=n*lamda; k=2*pi/lamda;%自由空间的相移常数 gama=0.5772156; for i=1:length(n) Rr1(i)=sin(2*k*l(i))*(Si(4*k*l(i))-2*Si(2*k*l(i))); Rr2(i)=cos(2*k*l(i))*(gama+log(k*l(i))+Ci(4*k*l(i))-2*Ci(2*k*l(i))); Rr3(i)=2*(gama+log(2*k*l(i))-Ci(2*k)); Rr(i)=(Rr1(i)+Rr2(i)+Rr3(i))*30; end plot(n,Rr) 阻抗特性 clc clear lamda=100;%自由空间的波长 n=0.1:0.01:0.9; l=n*lamda; a=[30,300,3000];%l和a的比值 k=2*pi/lamda;%自由空间的相移常数 gama=0.5772156; for j=1:length(a) for i=1:length(n) Rr1(i)=sin(2*k*l(i))*(Si(4*k*l(i))-2*Si(2*k*l(i))); Rr2(i)=cos(2*k*l(i))*(gama+log(k*l(i))+Ci(4*k*l(i))-2*Ci(2*k*l(i)));
北京邮电大学基于Matlab的MIMO通信系统仿真 专业：信息工程 班级：2011211126 姓名： 学号：
目录 一、概述 (1) 1、课题的研究背景 (1) 2、课程设计的研究目的 (1) 3、MIMO系统 (1) 【1】MIMO的三种主要技术 (1) 【2】MIMO系统的概述 (2) 【3】MIMO系统的信道模型 (2) 二、基本原理 (3) 1、基本流程 (3) 2、MIMO原理 (3) 3、空时块码 (4) 三、仿真设计 (5) 1、流程图 (5) 2、主要模块及参数 (5) 3、信源产生 (5) 4、信道编码 (6) 5、调制 (6) 6、AWGN信道 (6) 7、输出统计 (7) 四、程序块设计 (7) 1、代码 (7) 五、仿真结果分析 (11) 1、仿真图 (11) 2、结果分析 (12) 六、重点研究的问题 (12) 七、心得与体会 (12) 八、参考文献 (12)
一、概述 1、背景 MIMO 表示多输入多输出。在第四代移动通信技术标准中被广泛采用，例如IEEE 802.16e (Wimax)，长期演进(LTE)。在新一代无线局域网(WLAN)标准中，通常用于IEEE 802.11n，但也可以用于其他 802.11 技术。MIMO 有时被称作空间分集，因为它使用多空间通道传送和接收数据。只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持 MIMO 时才能部署MIMO。 MIMO 技术可以显著克服信道的衰落，降低误码率。该技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。 通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。 2、课程设计的研究目的 设计一个基于Matlab的MIMO通信系统仿真。 3、MIMO系统 【1】 MIMO的三种主要技术 当前，MIMO技术主要通过3种方式来提升无线传输速率及品质： （1）空间复用（Spatial Multiplexing）: 系统将数据分割成多份，分别在发射端的多根天线上发射出去，接收端接收到多个数据的混合信号后，利用不同空间信道间独立的衰落特性，区分出这些并行的数据流。从而达到在相同的频率资源内获取更高数据速率的目的。 （2）传输分集技术，以空时编码（Space Time Coding）为代表： 在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率。空时编码通过在发射端增加信号的冗余度，使信号在接收端获得分集增益。 （3）波束成型（Beam Forming）： 系统通过多根天线产生一个具有指向性的波束，将信号能量集中在欲传输的方向，从而提升信号质量，并减少对其他用户的干扰。
天线阵代码 https://www.doczj.com/doc/7d18871821.html,/downloads164/sourcecode/math/de tail750575.html 一、 clc clear all f=3e9; N1=4;N2=8;N3=12; a=pi/2; %馈电相位差 i=1; %天线电流值 lambda=(3e8)/f; %lambda=c/f 波长 d=lambda/2; beta=2.*pi/lambda; W=-2*pi:0.001:2*pi; y1=sin((N1.*W./2))./(N1.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y1=abs(y1); r1=max(y1); y2=sin((N2.*W./2))./(N2.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y2=abs(y2); r2=max(y2); y3=sin((N3.*W./2))./(N3.*(sin(W./2))); %归一化阵因子 y3=abs(y3); r3=max(y3); %归一化阵因子绘图程序, figure(1) subplot(311);plot(W,y1) ; grid on; %绘出N=4等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=4,d=1/2波长,a=π/2') subplot(312);plot(W,y2) ; grid on; %绘出N=8等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=8,d=1/2波长,a=π/2') subplot(313);plot(W,y3) ; grid on; %绘出N=12等幅等矩阵列的归一化阵因子 xlabel('f=3GHz,N=12,d=1/2波长,a=π/2') %--------------------- %只有参数N改变的天线方向图 t=0:0.01:2*pi; W=a+(beta.*d.*cos(t)); z1=(N1/2).*(W); z2=(1/2).*(W); W1=sin(z1)./(N1.*sin(z2)); %非归一化的阵因子K1
阵列天线方向图及其MATLAB仿真一．实验目的 1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数 2.运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线 3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系 二．实验原理 1.阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并 通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。 阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。 ^ 2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元 阵列天线 天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
三．源程序及相应的仿真图1.方向图随n变化的源程序 clear; sita=-pi/2::pi/2; lamda=; ] d=lamda/4; n1=20; beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z11=(n1/2)*beta; z21=(1/2)*beta; f1=sin(z11)./(n1*sin(z21)); F1=abs(f1); figure(1); plot(sita,F1,'b'); hold on; n2=25; ： beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z12=(n2/2)*beta; z22=(1/2)*beta; f2=sin(z12)./(n2*sin(z22)); F2=abs(f2); plot(sita,F2,'r'); hold on; n3=30; beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; z13=(n3/2)*beta; z23=(1/2)*beta; > f3=sin(z13)./(n3*sin(z23)); F3=abs(f3); plot(sita,F3,'k') hold off; grid on; xlabel('theta/radian'); ylabel('amplitude'); title('方向图与阵列个数的关系'); legend('n=20','n=25','n=30');
摘要 随着移动通信技术的发展，与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值服务，使无线通信的业务量迅速增加，无限电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。另一方面，由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重，更影响了无线电波带宽的利用率。并且无线环境的多变性和复杂性，使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。因此为了适应通信技术的发展，迫切需要新技术的出现来解决这些问题。这样智能天线技术就应运而生。智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问题，可以有效地提高移动通信系统容量和服务质量。开展智能天线技术以及其中的一些关键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。 论文的研究工作是在MATLAB 软件平台上实现的。首先介绍了智能天线技术的背景；其次介绍了智能天线的原理和相关概念，并对智能天线实现中的若干问题，包括:实现方式、性能度量准则、智能自适应算法等进行了分析和总结。着重探讨了基于MATLAB 的智能天线的波达方向以及波束形成，阐述了music 和capon 两种求来波方向估计的方法，并对这两种算法进行了计算机仿真和算法性能分析; 关键字:智能天线；移动通信；自适应算法；来波方向； MUSIC算法 Abstract With development of mobile communication technology ，mobile users and communication，increment service are increasing ，this make wireless services increase so that bandwidth of wireless wave is unfit for development of communication ，On the other hand ，much serious Co-Channel Interruption and the Multiple Address interruption effect utilize rate of wireless wave’s bandwidth，so the transported signals are declined and wear down，All this has strong bad effect on the capacity and performance of question and be fit for the development of communication ，so smart