偶极子相控阵天线计算
相控阵天线的基础理论综述
第二章相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列（ESA）天线。
虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。
天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。
在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。
在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。
在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。
下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。
2.1相控阵天线扫描的基本原理2.1.1线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。
根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。
垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。
相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。
由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。
图2.1是一个由N个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿y轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为d。
每一个天线单元的激励电流为h （i =0,1,2,...N -1）。
每一单元辐射的电场强度与其激励电流I i成正比。
天线单元的方向图函数用 f i（H「）表示。
阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：e 丸巳二 Kilig )-r式中，氏为第i 个天线单元辐射场强的比例常数， 的距离，fiG,「)为第i 个天线单元的方向图函数, 流，可以表示成为：li=Qe ① 式中，a i 为幅度加权系数，厶B 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。
相控阵计算
相控阵计算
【原创实用版】
目录
1.相控阵计算的定义和基本原理
2.相控阵计算的应用领域
3.相控阵计算的优势和局限性
4.我国在相控阵计算领域的发展现状和前景
正文
相控阵计算是一种基于相位控制原理的高效计算方法，其基本原理是通过控制信号的相位来实现对信号的幅度和相位的调整，从而实现对波束的形成和控制。
相控阵计算在很多领域都有广泛的应用，包括通信、雷达、声呐、光学等领域。
在通信领域，相控阵计算可以用于实现波束赋形，从而提高信号传输的质量和效率。
在雷达领域，相控阵计算可以用于实现对目标的精确定位和识别，提高雷达系统的性能。
在声呐领域，相控阵计算可以用于实现对水下目标的探测和定位，提高声呐系统的性能。
在光学领域，相控阵计算可以用于实现对光束的控制，提高光学系统的性能。
尽管相控阵计算具有很多优势，但也存在一些局限性。
首先，相控阵计算需要对信号的相位进行精确控制，这需要使用高精度的相位控制设备。
其次，相控阵计算需要处理大量的数据，这需要使用高效的计算方法和算法。
我国在相控阵计算领域有着较高的技术水平和丰富的应用经验。
我国已经成功研发出一系列相控阵计算设备，包括相控阵雷达、相控阵声呐等。
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相控阵计算
相控阵计算摘要：I.相控阵计算简介A.相控阵计算的定义B.相控阵计算的应用领域II.相控阵计算的基本原理A.相控阵计算的基本思想B.相控阵计算的数学模型III.相控阵计算的方法A.传统的相控阵计算方法B.现代的相控阵计算方法IV.相控阵计算的优缺点A.优点1.高精度2.高效率3.多功能B.缺点1.计算复杂度高2.对计算机性能要求高V.相控阵计算的发展趋势A.未来相控阵计算的应用领域B.相控阵计算技术的发展方向正文：相控阵计算是一种基于相位控制技术的信息处理方法，广泛应用于雷达、声呐、通信等领域。
通过精确控制阵列中各天线发射信号的相位，相控阵计算可以实现对波束指向、形状和幅度的控制，从而提高系统的探测、跟踪和通信能力。
相控阵计算的基本原理是通过改变阵列中各天线发射信号的相位来实现对波束的控制。
根据波束形成原理，我们可以通过计算阵列中各天线之间的相位差来确定波束的指向和形状。
在此基础上，通过控制阵列中各天线的相位，我们可以实现对波束的实时调整。
相控阵计算的方法可以分为传统的相控阵计算方法和现代的相控阵计算方法。
传统的相控阵计算方法主要采用模拟电路实现，其优点是结构简单、成本低，但缺点是精度较低。
现代的相控阵计算方法主要采用数字信号处理技术，通过计算机对信号进行处理，其优点是精度高、功能强大，但缺点是对计算机性能要求较高。
相控阵计算具有许多优点，如高精度、高效率和多功能。
然而，它也存在一些缺点，如计算复杂度高、对计算机性能要求高。
为了解决这些问题，未来的相控阵计算技术将朝着更高精度、更高效、更智能的方向发展。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：1、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理： CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
偶极子天线特征频率
偶极子天线特征频率
偶极子天线是一种非常常见的天线类型，通常用于无线通信系统中。
它是一种具有双极性辐射特性的天线，可以实现水平和垂直方向的辐射。
偶极子天线的特征频率是指其工作频率范围中的一个重要频率，通常是其
最佳性能的频率。
在这个特征频率处，偶极子天线的辐射效率最高，辐射
图案最稳定。
偶极子天线的特征频率受到很多因素的影响，包括天线的尺寸、结构、工作环境等。
一般来说，偶极子天线的特征频率可以通过其长度来确定。
偶极子天线的长度通常是其所处频率的波长的一半，因此特征频率可以通
过以下公式计算：
f=c/(2*L)
其中，f为特征频率，c为光速，L为偶极子天线的长度。
在实际应用中，偶极子天线的特征频率通常是设计时考虑的一个重要
参数。
通过调整天线的尺寸和结构，可以实现在不同频率范围内的性能优化。
偶极子天线的特征频率决定了其在特定频段内的辐射特性，如增益、
方向性、波束宽度等。
另外，偶极子天线的特征频率也会影响到其在系统中的应用。
在无线
通信系统中，通常会根据系统的频段要求选择合适频率范围内的天线，以
保证系统的正常工作。
因此，了解偶极子天线的特征频率是设计和应用中
必不可少的一步。
总的来说，偶极子天线的特征频率是其在特定频率范围内最佳性能的
体现，是其设计和应用中需要关注的重要参数。
通过合理设计和选择，可
以实现偶极子天线在无线通信系统中的优异性能表现。
短波偶极子帘幕相控阵天线设计及方向图计算
短波偶极子帘幕相控阵天线设计及方向图计算张明; 邓朝阳; 王力; 涂帅【期刊名称】《《船电技术》》【年(卷),期】2019(039)008【总页数】4页(P47-50)【关键词】偶极子帘幕相控阵天线; 相位控制; 方向图【作者】张明; 邓朝阳; 王力; 涂帅【作者单位】91351 部队辽宁兴城 125106【正文语种】中文【中图分类】TN821相控阵技术是通过控制各单元的相位、幅度来控制波束的扫描，为实现赋形波束及波束的无惯性扫描提供了技术支持。
因此，相控阵技术在雷达等领域得到了广泛的应用。
在通信方面，短波通信具有极其重要的战略地位，短波相控阵天线可通过波束控制器来控制天线辐射波束指向，一个天线阵覆盖较宽的通信扇面。
在短波波段，偶极子帘幕形天线占地面积小，发射场型的变动比较灵活，天线的辐射性能随天线阵偶极子的层数和每层的半波振子数目的变化而改变，基于帘幕天线这种特性，本文设计了两副偶极子帘幕相控阵天线，覆盖了10～30 MHz的通信波段范围和80º的波束扫描范围。
本节参考文献的相位控制方法：通过改变信号的传输路径来改变输出信号的相位，并借鉴文献的天线形式和结构，设计了一副短波四元相控阵天线：偶极子帘幕相控阵天线。
这种相控阵天线系统有两种方案可供选择：1) 移相器工作在大功率发射机后面，先由发射机产生一个大功率短波射频信号，然后通过移相器来改变大信号的相位，最后把经过移相的信号送到天线；2) 移相器工作在发射机前面，先将短波激励器产生的小射频信号经过移相器控制相位的变化，然后将经过移相的小信号通过发射机进行功率放大，最后把放大的信号送到天线。
这两种设计方案的最大区别就是移相器的位置，第一种方案中的移相器必须满足大功率工作要求，如果按照这种方案设计相控阵天线，首先要解决的是大功率短波移相器的设计问题。
本文采用延迟线来设计短波大功率移相器，这种方案的优点在于对发射机输出信号相位没有任何要求，它是通过移相器来控制信号相位变化的。
半波偶极子天线长度计算
半波偶极子天线长度计算半波偶极子天线是一种常用的天线类型，其长度通常为其工作波长的一半。
在计算半波偶极子天线长度时，可运用简单的公式：L = λ/2其中，L代表天线的长度，λ代表天线的工作波长。
在计算半波偶极子天线长度时，首先需要确定其工作波长。
波长可以通过以下公式进行计算：λ = c/f其中，λ代表工作波长，c代表光速（常数，约为3×10^8m/s），f代表频率。
为了计算出频率，可以参考以下内容：1. 天线规格书或说明书：从天线的规格书中可以找到频率的值，从而计算出工作波长。
2. 信号发射源：如果天线已安装在一个发射源上（例如Wi-Fi路由器），可以通过查看发射源的频率来计算工作波长。
3. 无线电频率数据库：无线电频率数据库可以提供各种无线电频率的信息，可以根据所需频率查询相应的工作波长。
换句话说，可以通过测量或查询天线工作的频率，然后根据光速和频率计算出波长。
接下来，将波长除以2即可得到半波偶极子天线的长度。
在实际情况中，半波偶极子天线的长度也可能受到其他因素的影响，例如天线的厚度、材料和附加元件等。
因此，在确定半波偶极子天线的最精确长度时，还需要考虑这些因素，并使用更复杂的模拟或计算方法。
同时，为了更好地理解半波偶极子天线的原理和计算方法，可以参考以下相关内容：1. 《微波工程导论》（作者：张艾玲）：该书介绍了天线的基本原理、设计与应用，包括半波偶极子天线的计算方法和性能分析。
2. 《无线电频率工程》（作者：王斌）：该书详细介绍了天线的原理与设计，包括半波偶极子天线的计算公式和实际应用。
3. 《天线与电磁兼容》（作者：张忠民）：该书从理论和实践的角度讲解了天线的基本原理、设计与应用，包括半波偶极子天线的长度计算和性能分析。
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半波偶极子天线长度计算
半波偶极子天线长度计算半波偶极子天线是最常用的天线类型之一，常用于广播、通信和无线网络等领域。
它的长度是根据工作频率来确定的，下面将详细介绍半波偶极子天线长度的计算方法和相关参考内容。
半波偶极子天线的长度是指天线的主导长度，它通常等于工作波长的一半。
天线的长度直接影响到天线的工作频率和辐射效果。
在计算半波偶极子天线的长度时，首先需要确定工作频率。
工作频率可以通过所需通信频率或无线网络的频率来确定。
一般来说，在广播和通信领域中，工作频率是已知的。
假设工作频率为f，可以通过以下公式计算半波偶极子天线的长度：Length = 300 / f其中，Length为天线的长度，f为工作频率，300为光速的近似值（单位为米/秒）。
需要注意的是，这个公式是基于天线的长度为半波长，即λ/2。
在实际应用中，为了提高天线的性能和进行相应的调整，可能会对天线的长度进行微调或调整。
以上是计算半波偶极子天线长度的简单方法。
如果想深入了解更多的相关知识，可以参考以下的书籍和期刊论文：1. Antenna Theory: Analysis and Design by Constantine A. Balanis (2005)本书是天线理论与设计领域的经典教材，适合想要深入了解天线原理和设计的读者。
2. Antenna Theory and Design by Warren L. Stutzman and Gary A. Thiele (2012)本书提供了天线理论和设计的全面介绍，涵盖了不同类型的天线和计算方法。
3. IEEE Antennas and Propagation Magazine这是IEEE Antennas and Propagation Society发行的一本期刊，涵盖了天线理论、设计和应用方面的最新研究成果。
4. International Journal of Antennas and Propagation这是一本开放获取的期刊，发表了天线和传播方面的研究论文，涵盖了天线设计、性能分析和优化等领域。
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三种方法之总结
• 由单个天线计算天线阵：
–未考虑天线结构之间的耦合,未考虑激励之间的影 响。
• 整体模型，单独串行激励计算辐射场：
–计算仅涉及天线结构之间的相互影响。
• 整体模型，同时并行激励：
–同时涉及结构和激励的相互影响。
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练习：微带相控阵天线的计算
38
谢谢大家！
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6
创建缝隙处圆柱，并减之
先选被减数，再选减法操作， 最后选减数，回车确认
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创建离散端口
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求解设置
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在中心频点，添加远场监视器
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瞬态时域求解
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端口时域信号
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S参数
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远场
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相控阵天线计算的三种方法
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第一种方法
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Project另存为dipole arrayed antenna_1
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第一种方法
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第一种方法
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第一种方法
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第二种方法
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第二种方法
将project另存，回到单天线，删除结果
Project另存为dipole arrayed antenna_2
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
对称边界条件中，去掉两个磁壁，只保留 电壁----因为必须保证所有端口都能留下了
特别注意
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第二种方法28选择 Nhomakorabeaesults-Combine Results..命令
第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第三种方法
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第三种方法
将project另存，删除结果
Project另存为dipole arrayed antenna_3
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第三种方法
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第三种方法
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第三种方法
CST STUDIO SUITETM 偶极子相控阵天线的计算
2010年10月
2
单个天线尺寸
l2
d
圆杆半径r
单位：mm lambda=10 r=0.003369*lambda l2=0.5*lambda d=0.025*lambda
3
选择模板
4
保存
命名为：dipole antenna
5
创建天线振子