行波天线方向图仿真实验报告(B5)

实验一基本辐射单元方向图一、实验目的基本辐射单元，指的是基本电振子（电偶极子），基本磁振子（磁偶极子），基本缝隙，惠更斯面元等。

它们是构成实际天线的基本单元。

通过本次实验了解这些基本辐射单元在空间产生的辐射场。

二、实验指导实验界面有三个显示区：立体方向图、E面方向图、H面方向图，分别用来显示基本辐射单元在空间产生的辐射场的立体方向图、E面方向图和H面方向图。

界面下端有六个按钮：基本电振子、基本磁振子、基本缝隙、惠更斯面元、Return、Help。

点击按钮基本电振子，则基本电振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本电振子所辐射的电磁场强度不仅与r有关，而且与观察方向θ有关。

在振子的轴线方向，场强为零；在垂直于振子轴的方向上，场强最大；在其它方向上，场强正比于sinθ。

点击按钮基本磁振子，则基本磁振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本磁振子所辐射的电磁场的空间图形与基本电振子一样，这是因为基本电振子的辐射是振子上电流产生的辐射与基本磁振子的辐射是振子表面切向磁场产生的磁场是等效的。

点击按钮基本缝隙，则基本缝隙的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本缝隙所辐射的电磁场与基本磁振子完全相同，基本缝隙与基本磁振子是等效的。

点击按钮惠更斯面元，则惠更斯面元的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见惠更斯面元所辐射的电磁场在空间是一个对称于面元法线的心脏形方向图。

点击按钮Return，返回天线实验总界面。

实验二对称阵子方向图分析一、实验目的：通过MATLAB编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响二、实验原理：1．电基本振子的辐射电基本振子（Electric Short Dipole）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波长λ，其半径a远小于l，同时振子沿线的电流I处处等幅同相。

用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。

双极天线方向图仿真实验报告（B5）天线与电波传播实验报告级队区队学员姓名学号实验组别3同组人无实验日期实验成绩实验项目：双极天线方向图仿真实验实验目的：1.熟悉matlab 的使用。

2．加深对双极天线工作原理的理解；3．理解双极天线的方向性及天线臂长、架设高度对天线方向性的影响；实验器材：计算机一台、matlab 软件。

实验原理阐述、实验方案：双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子，因此，研究双级天线的性质（这里主要指方向性）可以分两步进行。

1．对称振子的方向性（1）电基本振子的远区辐射场如果对称振子的电流分布已知，则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子几分，就可以得到对称振子的辐射场表达式。

电基本振子的远区（满足kr>>1，即πλ<<2r ）辐射场表达式如下：====θλπ=θλ=?θ-θ-?0E E H H e sin r Il 60j E e sin r 2Il jH r r jkr jkr （1-1）式中：I——电基本振子的电流；l——电基本振子的长度；r——远区中一点到电基本振子的距离。

根据远区辐射场的性质可知，Eθ和Hφ的比值为常数（称为媒质的波阻抗），所以，在研究天线的辐射场时，只需要讨论其中的一个量即可。

通常总是采用电场强度作为分析的主体。

（2）对称振子的电流分布如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成，则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似，即非常接近于正弦驻波分布。

以振子中心为原点，忽略振子损耗，则细对称振子的电流分布为：≤+≥-=-=0z )z l (k sin I 0z )z l (k sin I )z l (k sin I )z (I m mm （1-2）（3）对称振子的辐射场及方向函数已知对称振子的电流分布后，将电基本振子的远区电场表达式沿对称振子进行积分，就可以得到对称振子的远区电场表达式。

图1双极天线及其坐标建立上图的坐标系，即可得到对称振子的辐射场表达式：dz e )z l (k sin sin re I 60j )(E cos jkz l l jkr m θ--θ?-θλπ=θjkr m e sin )kl cos()coskl cos(I 60j -θ-θλ=（1-3）根据方向函数的定义，对称振子的方向函数如下：θ-θ=θ=θθsin )kl cos()cos kl cos(r /I 60)(E )(f m （1-4）2．地面的影响当天线并非架设在自由空间中，而是架设在地面上时，地面将对天线的辐射场产生影响。

一、实习背景随着科技的飞速发展，无线通信技术已成为现代社会不可或缺的一部分。

天线作为无线通信的关键部件，其设计的好坏直接影响到通信系统的性能。

为了更好地了解天线设计的基本原理和应用，我于2023年在某知名通信设备公司进行了为期一个月的天线设计实习。

二、实习内容1. 天线基础知识学习实习初期，我主要学习了天线的基本原理、分类、工作原理等基础知识。

通过查阅资料、参加培训，我对天线的基本概念有了深入的理解。

2. 天线设计软件操作为了掌握天线设计技能，我学习了天线设计软件的使用。

在导师的指导下，我熟练掌握了天线设计软件的操作，包括参数设置、仿真分析、优化设计等。

3. 天线项目参与在实习过程中，我参与了公司的一个天线项目。

该项目旨在设计一款适用于5G通信的天线。

在导师的带领下，我参与了项目的各个环节，包括需求分析、方案设计、仿真验证、实验测试等。

4. 天线性能优化针对天线项目，我进行了多次性能优化。

通过调整天线结构、材料、参数等，提高了天线的增益、方向性、阻抗匹配等性能。

三、实习收获1. 理论与实践相结合通过实习，我将所学的天线理论知识与实际设计相结合，提高了自己的实践能力。

2. 团队协作能力在实习过程中，我学会了与团队成员有效沟通、协作，共同完成项目任务。

3. 解决问题的能力在遇到设计难题时，我通过查阅资料、请教导师、团队讨论等方式，不断提高自己的问题解决能力。

4. 职业素养实习期间，我严格遵守公司规章制度，认真完成工作任务，培养了良好的职业素养。

四、实习体会1. 天线设计是一项系统工程，需要掌握丰富的理论知识、实践经验以及设计软件的使用。

2. 在天线设计中，创新思维和优化设计至关重要。

3. 团队合作和沟通能力在项目实施过程中发挥着重要作用。

4. 实习期间，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性，为今后的工作打下了坚实基础。

总之，这次天线设计实习让我受益匪浅。

在今后的学习和工作中，我将继续努力，不断提高自己的专业素养和实际操作能力。

一、实习基本情况实习目的：通过本次实习，深入了解天线的基本理论，掌握天线设计的基本方法，提高自己在天线领域的实际操作能力。

实习时间：2023年3月1日至2023年3月31日实习地点：XX大学天线实验室实习内容：学习天线的基本理论，包括天线的基本概念、分类、特性、设计方法等；通过实际操作，学习天线测试仪器的使用，掌握天线性能测试方法；参与导师课题研究，进行天线设计、仿真与分析。

二、实习单位情况介绍XX大学天线实验室成立于20世纪80年代，是我国天线领域的重要研究基地之一。

实验室拥有一支高水平的科研团队，承担着多项国家级、省部级科研项目。

实验室设施齐全，包括天线测量室、仿真实验室、电磁兼容实验室等。

三、实习中的收获与体会1. 理论知识学习在实习期间，我系统地学习了天线的基本理论，包括天线的基本概念、分类、特性、设计方法等。

通过学习，我对天线的基本原理有了更深入的理解，为今后的天线设计工作奠定了基础。

2. 实际操作能力提高在实习过程中，我参与了天线测试仪器的操作培训，掌握了天线性能测试方法。

同时，在导师的指导下，我参与了实际的天线设计项目，学习了天线设计的基本方法。

通过这些实际操作，我的动手能力得到了很大提高。

3. 课题研究参与在实习期间，我积极参与导师的课题研究，负责天线仿真与分析工作。

在这个过程中，我学会了如何运用仿真软件进行天线设计，掌握了天线参数优化方法。

同时，通过与导师的交流，我对天线领域的研究方向有了更清晰的了解。

4. 团队合作与沟通能力在实习过程中，我与实验室的同事们建立了良好的合作关系。

在课题研究、实际操作等方面，我们相互学习、共同进步。

此外，我还学会了如何与导师、同学进行有效沟通，提高了自己的沟通能力。

四、实习不足与改进1. 理论知识掌握不够扎实在实习过程中，我发现自己在理论知识方面还有一定的不足，尤其是在天线设计方法、仿真分析等方面。

在今后的学习中，我将加强理论知识的学习，提高自己的综合素质。

2023年电波传播与天线专业实践报告2023年电波传播与天线专业实践报告一、实践项目简介本次实践项目为电波传播与天线专业实践，内容包括电磁波传播模型的建立和天线的制作。

实践过程中，我们学习了电磁波传播的基础原理，掌握了天线制作的方法和技术，通过实践锻炼了团队协作和问题解决能力。

二、实践过程及结果分析1. 电磁波传播模型的建立在实践中，我们使用了多种工具和仪器，如电磁波仿真软件Ansoft HFSS、信号源、天线、接收器等。

我们首先学习了一维线路模型，掌握了电磁波在导体中的传播规律，随后学习了二维和三维空间中的电磁波传播，建立了基本的电磁波仿真模型。

我们使用Ansoft HFSS仿真软件，通过建立三维电磁场模型，仿真了电磁波在不同介质中的传播规律，并通过计算研究了不同参数（如频率、功率、极化角度等）对电磁波传播效果的影响。

实践结果表明，不同频率、功率、极化角度等参数的变化，会显著影响电磁波传播的质量和效率。

2. 天线的制作天线是电波传播的重要组成部分，对于无线通信、雷达、导航等应用具有关键作用。

在实践中，我们学习了各种类型的天线（如微带天线、同轴馈线天线、垂直天线等），掌握了天线的制作过程和技术。

我们制作了基于单板天线的微波发射器和接收器，通过不断调整天线的结构和参数，获得了不同频率和功率下的最佳发射和接收效果。

在实践过程中，我们遇到了一些问题，如天线结构不稳定、参数调整不当等，经过多次尝试和分析，最终找到了解决方法，成功地制作出了高效的发射器和接收器。

三、实践体会通过这次电波传播与天线专业实践，我们深刻体会到了理论与实践的结合的重要性。

学过的知识变得更加深入和具体，我们更加熟练地掌握了电磁波传播模型的建立和天线制作的方法，以及如何调整和改进天线的结构和参数。

在实践中，我们还提高了协作和解决问题的能力。

在天线制作中，我们需要团队协作，互相帮助，合理分配任务，共同完成目标。

当遇到问题时，我们需要迅速找到解决方案，并纠正错误，尽快达到优化性能的目标。

实验一：天线技术仿真【实验目的】1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉Matlab软件的使用方法；2、了解对称振子基本原理；3、了解振子长度与波长的关系；4、通过天线的仿真，了解天线的方向图特性；【实验内容】1. 创建天线仿真模型；2. 分析天线的辐射场；3. 对天线的二维、三维方向图进行仿真；【实验仪器】1、装有windows系统的PC一台2、Matlab软件3、截图软件【实验原理及相关知识】1. 对称振子天线的辐射场对称振子天线是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,特别是半波对称振子天线。

单个半波对称振子可单独使用或作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成各种天线阵。

图1 对称振子天线如图 1 所示，对称振子天线由两根长度均为的细导线构成。

由于中心馈电，所以在振子两臂上的电流是对称的，且呈正弦分布，并在上、下端点趋近于零，振子上的电流分布可表示为(1)式中为轴坐标的绝对值，为电流幅值，为振子长度的一半。

不同长度的对称振子上的电流分布如图2所示。

λ/2 3λ/4 λ 3λ/2图2 对称振子的电流如图 1 所示，在振子上距对称原点为处取一长度元，当 足够小时， 上流动的电流均匀分布且相位相同，可视为一个电偶极子，其远区辐射电场为'0'sin sin ()2jkRI dE jk l z edz Rθθλ-=- (2)为求得对称振子天线的辐射电场，可对式 (2) 进行积分运算，为保证积分能在简单的情况下进行，先对式 (2) 中变量进行分析。

式中的积分变量是 ，式中也随 变化，是 的函数，这样被积函数显得有点复杂，为此，可做些近似处理，在的情况下，射线与在振子附近可视为平行的射线，因此(3)在远区，由于和的值差别极小，因此在式 (2) 的分母中，可用 代替 ，但在相位项中 与 的微小差距将会引起较大的相位差，因此必须考虑式 (3) 给出的近似关系。

故式 (2) 变为(4)对式 (4) 进行积分得到利用积分公式得到对称振子天线的辐射电场(5)同理，可获得对称振子天线的辐射磁场(6)可见，对称振子天线的方向性函数为(7)(a)(b)(c) (d)图 3对称振子的方向图图 3 给出了四种不同长度的对称振子天线的方向图，可以看出当振子总长度小于1个波长时，天线的辐射场中没有副瓣。

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*pirho：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 alllam=1000;%波长k=2*pi./lam;L=lam/4;%天线臂长theta=0:pi/100:2*pi;f1=1./(1-cos(k*L));f2=(cos(k*L*cos(theta))-cos(k*L))./sin(theta);rho=f1*f2;polar(theta,abs(rho),'b');%极坐标系画图2、线性阵列天线2.1方向图乘积定理阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ij i i i i ie E K If r πλθϕ-=式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：Bji i i I a e φ-∆=式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。

实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。

电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。

可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。

具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。

选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。

天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。

衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。

全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。

定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。

立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。

天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。

天线与电波教学实验实验二天线方向图测量2．1实验内容和目的：测量八木天线的E面和H面方向图。

绘制极坐标对数（dB）方向图。

掌握天线方向图的概念及一般测量方法。

2．2实验说明天线方向图是表示天线在远区某一固定距离处的辐射场强或能流密度的相对大小与空间方向关系的图形。

其中表示场强大小与空间方向关系的称为场强振幅方向图（简称为场强方向图，或进一步简称为方向图）），表示能流密度大小与空间方向关系的称为功率方向图，用对数表示的辐射强度与空间方向关系的称为对数（或dB）方向图。

一般情况下，方向图是三维的空间图形，比较复杂。

实际工作中，为了简化起见，一般只要绘出两个相互正交的有代表性的主平面的平面方向图。

通常主平面取E面（天线的最大辐射方向与最大辐射方向处电场的方向组成的面）和H面（天线的最大辐射方向与最大辐射方向处磁场的方向组成的面），或水平面（平行于地面的面）和垂直面（包含天线的最大辐射方向、垂直于地面的面）。

平面方向图可以用直角坐标或极坐标表示。

平面方向图的主要参数有：最大辐射方向，主瓣半功率瓣宽、1/10功率瓣宽、零功率瓣宽，旁瓣位置、旁瓣电平（SLL），前后比（F/B）等。

瓣宽一般以度表示。

天线方向图的测量是天线的最基本的测量。

根据天线的互易性，同一天线用于发射和用于接收时方向图等基本特性参数保持不变。

为了测量方便，我们经常将被测天线用作接收天线来测量。

通常用任一参考天线固定发射，被测天线安放在远区某一固定点带有角度指示的转台上，每隔适当角度以旋转接收的方式进行测量。

角度间隔大小依据被测天线波束的宽窄而定，一般取1度、5度或10度。

但在变化较大的主瓣内及旁瓣最大值附近要多测几个值，零点（或极小点）也要测出来。

对窄波束天线，主瓣内间隔要非常小，旁瓣最大值附近测的值要多。

为了使测量准确，必须注意以下问题：1.测量必须在远场区进行。

收发天线的最小距离可用下式求出：λ2min) (2rtl lR+ =式中，lr 和lt分别是收发天线的最大尺寸。