套筒天线的电磁特性分析
天线基础知识（1）：天线的功能及特性
天线基础知识（1）：天线的功能及特性01天线功能天线用来发射或接收电磁波，是雷达系统中最关键的部件之一。
它具有以下基本功能：. 将发射端能量以所需的分布和效率转换成空间信号。
这一过程以同样的方式应用于接收端。
. 信号在空间中具有一定的模式。
一般来说，方位角需足够窄，以提供所需的方位角分辨率和目标位置更新所需的频率。
当天线扫描方式为机械扫描时，这就等效为转速。
考虑到雷达天线在一定频率波段需要有尺寸巨大和重量可达数吨的反射器，高转速可能带来一个重要的机械问题。
. 高精度的测向。
天线结构必须保证天线在任何环境条件下保持工作。
通常在相对恶劣的环境条件下使用天线罩来保护天线。
雷达的基本性能与天线面积或孔径和平均发射功率的乘积成正比。
因此，在天线上的投入可以为系统性能方面带来显著的效果。
考虑到这些功能和雷达天线所需的效率，通常采用两种方式：•抛物面碟形天线•阵列天线02天线特性天线增益2.1当天线单独用作发射或接收用途时，天线增益是一个重要的特性。
图1 各向同性辐射体的球形辐射有些天线的辐射源向各个方向均匀地辐射能量，这种辐射称为各向同性辐射。
我们都知道太阳向四面八方辐射能量。
从太阳辐射出来的能量在任何固定的距离和任何角度测量都是近似相同的。
假设一个测量装置绕着太阳移动，并停在图中所示的点上，以测量辐射量。
在圆的任何一点上，从测量装置到太阳的距离是相同的。
测得的辐射也将是相同的。
因此，太阳被认为是一个各向同性的辐射体。
图2 偶极子天线的辐射图天线方向图2.2大多数辐射器朝一个方向的辐射比朝另一个方向辐射强。
像这样的辐射体称为各向异性辐射体。
然而，采用一种标准方法标记辐射源周围的辐射，这样就可以很容易地将一种辐射方向图与另一种进行比较。
从天线辐射出来的能量形成一个具有一定辐射图样的场。
辐射图是一种绘制天线辐射能量的方法。
这种能量是在与天线保持恒定距离的不同角度测量的。
这种图案的形状取决于所使用的天线类型。
要绘制这种方向图，通常使用直角坐标和极坐标两种不同类型的图。
UHF套筒天线的电磁仿真分析
于影响此套筒单极子天线的 结构参数相对 其结构进行变化， 利用电磁仿真软件Ｃ Ｔ Ｓ 给出了影 较多， 比如： 套筒高度、 半径、 振子高度以 对其进行仿真分析和参数优化 ，
及馈电点等， 因此， 要找到天线性能较好的 ｏＵ Ｆ ￣ Ｈ套筒天线工作特性的结构参数， 并
参数组合尚有一定的 难度， 于是电 磁仿真 最终设计了工作特性优良的ｕ Ｆ Ｈ 套筒天线。
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辐射方向图明显变窄， 辐射增益明显增加。
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本文利用电磁仿真软件Ｃ Ｔ Ｈ 套 Ｓ 对Ｕ Ｆ
筒天线进行了 建模仿真分析和参数优化， 总结出影响天线各性能的参数的规律。 并 通过组阵仿真得到比较理想的方向图， 为
今后套筒天线成品的开发提供重要数据
支持。电磁仿真可省去大量的试验调整工
多频套筒天线原理介绍
套筒式中波小天线原理介绍、创新优势套筒式宽频带数字中波小天线的创新点及原理1、利用锥面缓变原理，降低终端反射和谐振频率，使天线的长度变小，也不影响天线的效率2、利用天线长细比原理，降低阻抗的变化率，提升天线带宽3、利用套筒天线理论，提高输入电阻和辐射电阻，降低阻抗变化率，从而提高了小天线的带宽锥面缓变原理告知我们，天线从发射体向锥面沿小于90°方向过度，从而减小于终端的反射，由于锥体比较大，对地形成一定的电抗，提升了容抗，使天线的谐振点下移，从而有效的降低了天线的高度，斜面是7米的锥体其有效谐振高度为40米左右，加之垂直发射体高度，天线有效高度近似为76米高塔左右。
根据天线的长细比原理，振子天线的输入阻抗随电长度而变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗。
特性阻抗越大，输入阻抗随电长度的变化就越激烈，天线的阻抗带宽就越窄；反之，特性阻抗越小，天线的阻抗带宽就越宽。
振子天线的特性阻抗主要取决于长细比Ω，即Ω=2㏑(2L/a)，其中L是天线振子臂的长度，ａ是天线臂的半径。
Ω越大，天线的特性阻抗就越大，因此，在同样长度条件下，粗振子天线具有较宽的工作带宽。
我们生产的数字套筒式宽频带中波小天线，其发射体增加到￠1100mm就是为了有效的提高天线带宽；另一方面可以使天线的抗风能力提升到原来天线的二倍以上。
再者，我们经过对锥面顶负荷天线的使用，也了解到其他小天线的使用情况，发射小天线的一个共同点是输入阻抗和辐射阻抗小;辐射阻抗越小，相应的天线的效率就有所降低。
因此我们经过详细的论证和计算，根据天线使用方面的经验，我们提出了采用套筒方式，提高天线的输入阻抗，减少天线的阻抗变化率，从而有效的提高了天线的辐射效率和频率带宽。
粗振子有较低的特性阻抗，而不对称的结构形式可以起到类似电路中的参差调谐的作用，从而有效地展宽阻抗带宽。
一个加粗振子并实现不对称馈电的简单方法，是在天线辐射体外面加上一个与之同轴的金属套筒，形成所谓套筒天线。
天线的特性
天线的特性：共振: 任何天线都谐振在一定的频率上，我们要接收哪个频率的信号，就希望天线谐振在那个频率上。
天线谐振是对天线最基本的要求，要不然，就没那么多讲究了，随便扔根线出去不也是天线嘛。
天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。
计算波长的公式很简单，300/f。
其中f的单位是MHz，而得到的结果的单位是米。
1/4波长是称作基本振子，如偶极天线是一对基本振子，垂直天线是一根基本振子。
不过天线中的振子的长度并不正好是 1 /4 波长，因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。
这个因子取决于材料。
带宽: 这也是一个重要但容易被忽略的问题。
天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不多好的。
这个范围就是带宽。
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围，最好是我们所收听的整个FM 广播波段。
要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。
天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。
一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。
阻抗: 天线可以看做是一个谐振回路。
一个谐振回路当然有其阻抗。
我们对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。
和天线相连的是馈线，馈线的阻抗是确定的，所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。
一般生产的馈线，主要是300 欧姆、75 欧姆和50 欧姆三种阻抗，国外过去还有450 欧姆和600 欧姆阻抗的馈线。
基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右，V型偶极天线是50欧姆左右，基本垂直天线阻抗50欧姆。
其他天线一般阻抗都不是50 或75 欧姆，那么在把它们与馈线连接之前，需要有一定的手段来做阻抗变换。
平衡: 对称的天线是平衡的，如偶极天线、八木天线，而同轴电缆是不平衡的，把这两者连接起来，就需要解决平衡不平衡转换的问题。
增益: 天线是无源器件，但是天线是可以有增益的。
天线罩的电磁特性分析及探伤研究
天线罩的电磁特性分析及探伤研究发布时间：2022-08-12T05:09:37.609Z 来源：《工程管理前沿》2022年4月7期作者：王立志，白鹏程[导读] 天线罩是一种保护天线不受外界环境影响的设备王立志，白鹏程哈尔滨哈玻拓普复合材料有限公司，哈尔滨，150036摘要：天线罩是一种保护天线不受外界环境影响的设备，广泛用于雷达系统。
随着电子技术的发展，天线罩作为雷达天线阵电磁窗口的电气性能尤为重要，已成为雷达天线阵不可分割的一部分。
在天线设计过程中，精确有效的电磁建模和仿真工具发挥着重要作用。
当前，天线掩模仿真方法主要是高频逼近方法和全波数字方法。
高频方法包括物理光学方法(PO)、跳跃射线方法(SBR)等。
具有清晰的物理概念和快速的计算。
但是，由于高频方法是基于局部场逼近的原理，天线掩模不同部分之间的电磁耦合关系不予考虑，难以准确分析复杂环境的非光滑结构和问题，可能导致实际应用中的重大误差。
全波测量方法包括矩量法(mom)、有限元法(mef)和时域有限差分法(FDTD)，这些方法考虑到了整体电磁耦合关系并具有较高的计算精度，但计算复杂度和计算效率很高，不能为了提高效率和计算能力，同时确保计算的准确性，需要采用正确的电磁理论模型和有效的计算方法。
基于此，本篇文章对天线罩的电磁特性分析及探伤研究进行研究，以供参考。
关键词：天线罩；电磁特性；探伤引言当天线辐射电磁波穿过天线外壳时，相当于穿过不同的介质，有必要进行折射和反射现象，这可能导致天线指向的目标位置偏差，即瞄准误差。
瞄准误差可能导致实际目标与目标的明显位置成一定角度偏差，从而导致制导雷达在跟踪时偏差。
因此，天线罩的性能质量将直接影响雷达探测的有效工作距离和精度。
例如:飞行时，天线罩由相当强烈的气动加热加热，会出现天线罩体损坏的现象，可能导致天线罩壁厚变化不均匀，损坏如外壳体穿孔，从而直接影响飞行时天线罩的电气性能。
但是，由于实验方法的局限性，很难获得天线罩损坏的电气性能测试数据，使得天线罩系统的问题分析更加困难。
多频套筒天线原理介绍概要
套筒式中波小天线原理介绍、创新优势套筒式宽频带数字中波小天线的创新点及原理1、利用锥面缓变原理，降低终端反射和谐振频率，使天线的长度变小，也不影响天线的效率2、利用天线长细比原理，降低阻抗的变化率，提升天线带宽3、利用套筒天线理论，提高输入电阻和辐射电阻，降低阻抗变化率，从而提高了小天线的带宽锥面缓变原理告知我们，天线从发射体向锥面沿小于90°方向过度，从而减小于终端的反射，由于锥体比较大，对地形成一定的电抗，提升了容抗，使天线的谐振点下移，从而有效的降低了天线的高度，斜面是7米的锥体其有效谐振高度为40米左右，加之垂直发射体高度，天线有效高度近似为76米高塔左右。
根据天线的长细比原理，振子天线的输入阻抗随电长度而变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗。
特性阻抗越大，输入阻抗随电长度的变化就越激烈，天线的阻抗带宽就越窄；反之，特性阻抗越小，天线的阻抗带宽就越宽。
振子天线的特性阻抗主要取决于长细比Ω，即Ω=2㏑(2L/a ，其中L 是天线振子臂的长度，ａ是天线臂的半径。
Ω越大，天线的特性阻抗就越大，因此，在同样长度条件下，粗振子天线具有较宽的工作带宽。
我们生产的数字套筒式宽频带中波小天线，其发射体增加到￠1100mm 就是为了有效的提高天线带宽；另一方面可以使天线的抗风能力提升到原来天线的二倍以上。
再者，我们经过对锥面顶负荷天线的使用，也了解到其他小天线的使用情况，发射小天线的一个共同点是输入阻抗和辐射阻抗小; 辐射阻抗越小，相应的天线的效率就有所降低。
因此我们经过详细的论证和计算，根据天线使用方面的经验，我们提出了采用套筒方式，提高天线的输入阻抗，减少天线的阻抗变化率，从而有效的提高了天线的辐射效率和频率带宽。
粗振子有较低的特性阻抗，而不对称的结构形式可以起到类似电路中的参差调谐的作用，从而有效地展宽阻抗带宽。
一个加粗振子并实现不对称馈电的简单方法，是在天线辐射体外面加上一个与之同轴的金属套筒，形成所谓套筒天线。
最新天线的主要特性
天线的主要特性天线的主要特性（一）天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。
因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。
这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。
天线的方向性通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。
所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即天线方向性图（3-4）不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。
其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。
通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。
由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。
处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。
显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。
天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。
所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。
半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。
一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。
天线的主要特性（二）天线增益所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。
天线增益定义为：取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益，常用“Ｇ” 表示。
三种中波天线的使用与性能比较
三种中波天线的使用与性能比较庄涛潢川中波转播台卢光辉信阳中波转播台冀晓鸽潢川中波转播台摘要：中波发射天线作为广播信号发射的重要载体,给我国广播事业的发展做出了巨大的贡献，随着新型数字固态中波广播发射机的全面普及，与之配套的新型天线也在逐步问世，中波天线的小型化解决了土地资源紧张、建设费用巨大、日常维护费用高、电磁波污染、高架塔体易遭雷击及塔体自身安全等诸多问题。
本文结合我台实际情况，对三种中波天线的结构特点、电气性能、使用条件进行了详细的介绍与论证。
关键词：中波天线结构特点电气性能优劣论证近几年，我台在原有一座120米桅杆式拉线天线的基础上，新增120米自立天线、33米锥面顶负荷小天线各一座，两座天线投入使用都超过一年以上，发射效果良好，性能稳定，现就三种天线（参看三种天线实物照片）的使用情况和性能、特点作一比较。
（桅杆式天线）（自立塔天线）（锥面顶负荷小天线）一、天线的结构特点与使用条件1、桅杆式中波天线这种天线为传统的中波天线，根据使用频率其高度一般在60 ～150m 左右。
边宽为0.5～1.5 m，主体由若干节的正三角椎体组成，120米桅杆式天线上下共有9根拉线，每三根与另外三根的夹角为120°，底部是桶形高频瓷质绝缘体，在保证能承受上百吨的压力外，绝缘体每厘米还要能承受1KV以上的电压，为保证辐射效果、提高辐射效率，必须以天线塔体为中心铺设直径约0.3～0.5 λ的辐射状地网，如果要达到理想的天线效率，这种天线需占地70～150亩，由于这种天线受传统设计理念所限，再加上宽松的土地政策，结构相对简单，线性好，容易与输入网络匹配等优点，自上世纪六七十年代至今，大部分中波台站都在使用这种天线，但是，随着时代的发展，这种天线与土地资源的紧缺矛盾日益凸显。
在摈弃传统天线占地面积大，打破传统天线设计理论束缚的基础上，人们采用新的设计理念，在不断实践的基础上，相继研制并开发了几种新型中波天线。
一种新型超宽带单极套筒天线
射体外形做成带有一定角度及辐射体短接地面 ， 在超过
对现代通信系统小型化的趋势要求 ，研究结构紧凑 、 驻
波 比小 、 工作频带宽 、 增益较高的天线是十分有意义的。
１ ： 的频带内达到 Ｖ ＷＲ ３ １ ０１ Ｓ ＜ ：。但是水平全向性 均不
越受到研究人员的关注。一些传统结构的超宽带天线 ，
如 行 波天 线 、 数 周期 天线 和螺 线 天 线 ， 以实 现 几个 对 可 倍 频程 的 工作 带 宽 ， 是天 线 的 尺寸 也 相应 比较大 。针 但
单极套筒天线是一种典型 的单极天线…， 通过改变 其几何外形 、 电尺寸大小 ， 顶端加载或者辐射体和地 面 短接都可以很好地展宽天线的阻抗带宽。近年来 ， 单极 套筒天线进行 了很多改进 ， 文献【 把单极套筒天线的辐 ２ 】 射体 由细柱状换成 面状以展宽其 阻抗带宽 ，在 ０ ． ５～
ａ ｌ ａ ｒ ａ ｂ ｎ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｕ ｎ ｙ ｂ ｎ ． ５ ． ｎ ｕ ｔ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｐ ｒ ｍ ｎ ｅ ｉ ｔ ｆ ｑ ｅ ｃ ａ ｄ ０ ４ ～１ ９ ＧＨ ｚｗｉ Ｗ Ｒ ｆｌｓ ｈ ｎ ２ ５ ： ． ｒ ｏ ｎ ｈｅｒ ｔ ａＶＳ ｈ ｏ ｅ ｓｔ ａ ． １
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ： ｌ ｅ ｏ ｐ ｌ ｎ ｅ ｎ ｓ ｃ ｎｅ ｕ ｔａ ｗｉ ｅ ａ ｄ ｙ ｒ ｓ ｓｅ ｖｅｍ ｎｏ ｏ ｅａ ｔ ｎ ａ ； ｏ ； ｌ ｄ ｂ ｎ ｒ
１ 引言
近 几 年来 ， 宽 带 （ｌａ ｄｂｎ ， ＷＢ短 距 离 无 超 Ｕｔ ｅａｄＵ ） ｒ Ｗｉ
的 带宽 内（． － ． Ｈｚ ， 波 比均 小 于 ２５且 具 有较 好 的全 向辐 射 方 向 图特 性 ， 且 实测 值 与 仿 真值 ０ ５ １ Ｇ ）驻 ４ ９ ．， 并
天线罩指标
天线罩指标：关键参数与性能评估在现代通信系统中，天线罩是保护天线免受环境影响的重要组件。
它能够保护天线免受风雨、尘土和人为因素等损害，同时还能维持天线的性能参数。
本文将详细介绍天线罩的主要指标，以便读者更好地理解其性能和作用。
一、天线罩的电气性能指标电气性能是评估天线罩性能的重要参数，主要包括以下几个方面：1.介电常数与损耗角正切：天线罩的介电常数和损耗角正切决定了其电气性能。
介电常数决定了电磁波在天线罩中的传播速度，而损耗角正切则反映了天线罩对电磁波的损耗程度。
通常，损耗角正切越小，天线罩的性能越好。
2.驻波比（VSWR）：驻波比是评估天线性能的重要参数，它反映了天线输入阻抗与馈线特性阻抗是否匹配。
理想的驻波比为1:1，表示天线与馈线完全匹配。
若驻波比过大，会导致信号传输效率降低，甚至引起信号失真。
3.增益与辐射方向图：天线罩对天线的增益和辐射方向图有影响。
增益决定了天线信号的强度，而辐射方向图则描述了天线信号的传播方向。
天线罩的设计需确保天线的增益和辐射方向图满足系统要求。
二、天线罩的机械性能指标机械性能指标主要衡量天线罩的耐用性和稳定性，主要包括以下几个方面：1.耐候性能：天线罩需能承受风雨、紫外线等自然环境因素的侵蚀。
耐候性能好的天线罩能够长期保持其性能参数稳定。
2.强度与刚度：天线罩需具备一定的强度和刚度，以确保在承受外部压力和振动时不会发生变形或损坏。
这有助于维持天线的电气性能稳定。
3.防雷与接地：为了保护天线不受雷电影响，天线罩应具备防雷击和导电性能。
良好的接地设计能够将雷击产生的电流引入地下，从而保护天线和整个通信系统。
4.安装与维护：天线罩应易于安装和维护。
合理的结构设计能够方便工程师进行安装和拆卸，同时也有助于减少日常维护成本。
5.环境适应性：在不同的气候和环境条件下，天线罩应保持良好的工作状态。
这要求天线罩具备广泛的适应性，能够在各种极端环境下稳定工作。
三、材料与制造工艺材料与制造工艺对天线罩的性能也有重要影响，主要包括以下几个方面：1.材料选择：根据应用场景和性能要求，选择合适的材料至关重要。
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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊摘要在现代化通信和遥感系统中，套筒天线因其频带宽、高增益、结构简单、馈电容易、方位面全向、纵向尺寸小等优点，得到了较为广泛的应用。
套筒天线的理论研究日益受到人们的重视，本文对安装在有限圆盘的套筒天线进行了分析。
本文首先介绍了电磁辐射理论，接着详细介绍了计算电磁辐射的一种重要方法—矩量法，然后对套筒天线原型—单极子天线进行研究，着重介绍了将基于频域的矩量法应用于套筒天线，计算出电流数据。
并在基于有限元法的商业软件HFSS内建立套筒模型，设计了一款驻波比小于2、频率范围在100MHz 到250MHz的天线。
对比两种方法计算结果，其结果大致吻合，由此得到套筒天线的增益方向图，通过此方向图可以计算天线的各项指标。
关键词：矩量法套筒天线HFSS┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊AbstractIn modern communication and remote sensing system, the sleeve antenna has been widely used because of its advantages such as frequency bandwidth, high gain, simple structure, easy feeding, omni azimuth and small longitudinal size. The theoretical research of the sleeve antenna has been paid more and more attention, and the analysis of the sleeve antenna installed on the finite disk is made.This paper first introduces the theory of electromagnetic radiation, and then introduces in detail an important method of calculating electromagnetic radiation-moment method, and then the sleeve antenna prototype-monopole antenna research, focusing on the application of the frequency-domain method based on the rectangular antenna, the calculation of current data. In this paper, a sleeve model is built in the commercial software HFSS based on the finite element method, and a antennas with a standing wave ratio of less than 2 and a frequency range of 100MHz to 250MHz are designed. By comparing the results of the two methods, the gain direction of the sleeve antenna is obtained, and the parameters of the antenna can be calculated by this direction map.key words：the Method of Moments Sleeve antenna HFSS.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊目录第一章绪论 (1)第二章电磁辐射理论基础 (3)2.1电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组 (3)2.2位函数 (4)2.3格林函数 (4)2.4电磁辐射理论 (5)2.5唯一性定理和镜像原理 (6)2.5.1 唯一性定理 (6)2.5.2 镜像定理 (6)2.6天线的基本概念 (6)第三章矩量法 (10)3.1概述 (10)3.2矩量法的步骤 (10)3.3矩量法的数学基础--加权余量法 (10)3.4基函数nf的选取 (11)3.5权函数m的选取 (12)3.5矩量法的误差分析和发展 (13)第四章对单极子天线的研究 (15)4.1单极子天线的数学模型和波克林顿积分方程 (15)4.1.1 矢势方程 (15)4.1.2 任意形状截面柱形天线的波克林顿积分方程 (16)4.1.3单极子天线波克林顿积分方程及其近似解 (17)4.2计算仿真及结果 (19)4.3结论 (20)第五章套筒天线的研究 (21)5.1套筒天线的理论分析 (21)5.2通过MATLAB计算电流参数 (23)5.3使用HFSS进行验证 (25)结束语 (28)谢词 (29)参考文献 (29)附件 (30)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论随着现代通信技术的迅猛发展, 无线通讯越来越广泛, 越来越多地应用于国防建设、经济建设以及人民生活等领域。
在无线通信系统中, 需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波, 或者将无线电波转变为导波能量。
用来辐射或接收无线电波的装置称为天线。
天线在无线通讯中有着极其重要的作用, 它的性能的好坏直接影响到通讯质量的优劣。
因此, 对天线辐射特性的研究有着极其重要的作用。
天线的求解问题经常使用几种技术，通常来说这些技术可以分为实验、解析和数值三大类。
实验类方法通常是昂贵、费事、甚至是危险的。
对于大多数可以解析地求解的问题已经被求解了，直到20世纪40年代，才使用变量分离法和积分方程求解了大多数电磁问题。
应用解析技术，需要高度的创新、经验和努力，又由于几何结构的复杂性，这些问题的特点是要么解析解十分棘手，要么是其解析解根本不存在，因此只能尽可能寻找其近似解。
随着高速计算机的出现，数值解得到极大的发展，数值解就是用过数值的方法来逼近解析解。
一种解决各种电磁场问题，包括天线的有效、恰当的计算机仿真，由现代快速计算机技术和先进的数值分析技术组成。
这种仿真技术能使天线设计师在桌面上是目标天线更形象化；在许多情况下，可提供比实验室更多的信息，且成本低，效率高。
对于各种数值计算方法。
它们是将原连续数学模型转换成等价的离散数学模型。
取决于不同的数学内涵，目前在电磁场数值分析中常用的数值计算方法由：应用于微分方程型数学模型的有限差分法、有限元法和蒙特卡洛法。
应用于积分方程型数学模型的模拟电荷法、矩量法和边界元法，以及基于直接积分运算关系式的数值积分等。
此外，还有另类数值计算方法的互相组合，如微分和积分组合型数学模型的单标量磁位法、双标量磁位法等，进一步拓展了数值计算方法在工程实践中的应用。
其中，矩量法是分析各种电磁散射与辐射问题的一个重要方法。
Harrington 分别在1968年发表论文[1]之后，在电磁中应用矩量法变得普通起来。
它的基本思想是将一个积分或微分方程化为矩阵方程,即将积分或微分方程中待求函数化为有限求和，从而建立代数方程, 然后通过求解该矩阵方程，从而得的一个误差最小的解。
矩量法成功地应用于各种实际中人们感兴趣的电磁问题，例如细导线元和阵列的辐射、散射问题、微带线和有耗结构的分析、非均匀土壤上波的传播问题以及天线波束方向图等。
在现代化通信和测向系统中，需要宽频带的天线作为阵列单元，人们发现仅仅通过在普通单极子天线的外面罩上一个接地的金属圆筒，就能极大地改善单极子的工作特性，拓宽工作频带。
因此套筒天线因其频带宽、高增益、结构简单、馈电容易、方位面全向、纵向尺寸小等优点，具有广泛的应用前景。
许多学者对这种特殊的单极子天线作了大量的研究，King[2]首先对其进行理论分┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊析，之后Taylor使用一种复杂的变量技术对King[3]的模型进行验证，并取得一致的效果。
由于他们对于套筒和单极子上的电流分布应用了镜像以及叠加理论，并没有考虑振子和套筒半径的不连续性，因此，有一定的误差。
本文首先回顾了电磁辐射理论，介绍了基础电磁场知识、天线的基本参数。
再引入矩量法、对单极子天线的辐射特性进行研究，最后用首先采用基于频域的矩量法，使用MATLAB计算得到电流分布，从而计算天线的驻波比（VSWR）,辐射方向图。
再借助商业软件建立同样的模型，得到结果基本一致，从而验证了矩量法作为研究电磁问题的数值方法之一, 在分析天线的散射与辐射中能得到较好的结果。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊第二章电磁辐射理论基础2.1电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是宏观电磁场满足的总方程，真空或介质中的宏观电磁场的麦克斯韦方程组为:t∂∂-=⨯∇BE（2.1.1）t∂∂+=⨯∇DJH（2.1.2）ρ=⋅∇D（2.1.3）=⋅∇B（2.1.4）式中，E为电场强度；H为磁场强度；D为电位移矢量；J为体电流密度；ρ为体电荷密度。
对于线性媒质HBEJEDμσε===（2.1.5）式中，ε、σ、μ分别表示媒质的介电常数、电导率和磁导率。
只有在线性且各向同性媒质的情况才是简单的常数。
麦克斯韦方程组描述了场源激发的场的一般规律，为了全面分析电磁场，还需要电荷守恒定律tρ∂∂-=⋅∇J（2.1.6）上式体现了时变电荷ρ和全电流J之间的电流连续性关系，上式可由式2.1中第二个和第三个推导得到。
图2.1 两种媒质交界面在电磁问题中要涉及不同参数媒质所构成的临边区域，把电磁场矢量E、D、B、H在不同媒质分界面上各自满足的关系称为电磁场的边界条件。
为了使得到的边界条件不受到坐标系的限制，可将场矢量在分界面上分解为与分界面垂直的法向分量和平行于分界面的切向分量：=⨯-⨯21EnEnsJHnHn21=⨯-⨯（2.1.7）┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊ρ=⋅-⋅21DnDn=⋅-⋅21BnBn式中，n表示为分界面的单位法线矢量，方向从媒质2指向媒质1；sJ为面传导电流密度。
若媒质2为一个理想导体，理想导体的电导率为无穷大，则边界条件为=⨯1EnsJHn1=⨯（2.1.8）ρ=⋅1Dn=⋅1Bn在分析电磁问题时，给予一定的激励，应用正确的边界条件，求解麦克斯韦方程组。
但通过直接求解微分方程或者积分方程不易求解。
2.2 位函数在时变电磁场的情况下，通过引入辅助位函数来描述电磁场，使一些复杂问题的分析在求解过程中得到简化。