偶极子天线特征研究
偶极子天线特征研究
微波偶集极子——偶极子天线特性研究原理能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。
天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。
对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。
天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。
通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。
但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。
这里我们通过实验来研究天线的指向性。
天线的形式1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。
其半径为a ，线长为l 。
这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。
2a忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为：θθβθβθsin )()cos()cos cos()(max f l l f −=式中β是相位因子β=2π/λ。
下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。
下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。
0.20.40.60.81.003060901201501802102402703003300.00.20.40.60.81.0图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 2 l/λ=0.5时的方向函数0.000.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.250.500.751.00图 4 l/λ=1时的方向函数0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 3 l/λ=0.75时的方向函数图中的0度方向为振子的垂线方向，0度指的是与波矢的夹角为0。
注意到0度时天线接收的能量是0。
这是容易理解的，因为这时振子处于同一波阵面中或是对称的，不会在振子中激起电流。
利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性
利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性摘要：天线作为电子系统发射和接收电磁波的装置，极易与电磁脉冲发生耦合，从而干扰电子系统工作或使接收机阻塞，甚至损坏接收设备的敏感元件。
偶极子天线是一种典型的线天线，结构形式简单，应用广泛，但工作频带较窄。
当宽谱电磁脉冲入射时，输出响应包含带内响应与带外响应两部分。
近年来，诸多研究者针对线天线与电磁脉冲的响应特性进行了大量研究，如采用互易定理推导了对称振子天线的耦合长度与耦合面积、矩量法计算单极子天线在电磁脉冲辐照下时域和频域的响应特性、时域有限差分法计算偶极天线对电磁脉冲的耦合特性、时域积分法计算天线瞬态响应等。
数值计算方法可较为精确地计算得到天线的带内带外响应，然而计算过程需建立数值模型且划分网格，耗时较长且复杂。
与之相比较，等效电路分析方法方便快捷。
为此，文章围绕利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性方面进行分析，具有重要的现实意义。
关键词：偶极子天线；等效电路；带外响应特性引言：对偶极子天线进行集总参数等效电路建模，通过实验与数值模拟对等效电路的输出响应结果进行对比分析。
研究结果表明：偶极子天线集总参数等效电路可用于分析偶极子天线带外响应问题，适用的频率范围为直流至偶极子天线的第二谐振点。
当入射电磁脉冲的频谱范围位于该频率范围内时，可采用集总参数等效电路分析计算天线的输出响应；若入射电磁脉冲频谱超出该频率范围时，则由等效电路计算得到的输出响应波形将发生明显畸变，即该等效电路将不适于研究天线的带外高频问题。
该研究结果明确了集总参数等效电路的适用频率范围，将有助于准确地应用集总参数等效电路来分析电磁脉冲与天线的响应问题。
1、微带偶极子天线的结构将工作于半波状态的对称振子天线与微带天线技术相结合。
整个天线结构分为5部分，即介质层、偶极子天线臂、微带巴伦线、微带传输线和天线馈电面。
其中，介质层的材质为相对介电常数εr=4.4的环氧树脂玻璃纤维板(FＲ4)，采用双面敷铜，构成偶极子天线的两臂、微带馈线和微带巴伦。
第3章 偶极子天线
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RA jX A
3.3 偶极子天线
3.3 偶极子天线
在偶极子天线长度确定的情况下，随着频率的变化， 方向图或最大辐射方向会改变，副瓣电平可能增大， 阻抗匹配将变坏等。因此，对一个特定的偶极子天线 就应该具有通频带的概念。 阻抗随频率的变化很大，因此经常以阻抗特性来定义 偶极子天线的通频带。天线输入阻抗的变化会引起天 线电压驻波比的变化，通常根据一个天线的工作条件 和要求给出一个允许的最大电压驻波比来定义天线的 通频带。
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3.3 偶极子天线
l , ka 0.1
R 20kl4
3.3 偶极子天线
前面求得的辐射电阻是在远区积分得到的，没有 考虑近区场。如果作一闭合面紧靠振子表面，这 时波印廷矢量沿表面的积分所得的功率应既有实 部又有虚部。实部功率产生脱离振子电流和电荷 的辐射场，虚部表示无功功率，它表示受振子电 流和电荷牵制的，并与电流和电荷形成统一体， 不能分割开的储能场。
3.3 偶极子天线
柱面上的波印廷矢量的法向分量，z方向上的积分为零
Sx
1 2
Ez
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1 2
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有限偶极子天线阵的特性研究
２０ ０ ７年 ４月
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Ｖ０ ． １２８ № ． ４
Ａｐ ． ００ ｒ２ ７
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｒｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｉｅｓｔ ｉ ｙ
有 限偶 极 子 天 线 阵 的 特 性 研 究
中 图分 类 号 ：Ｎ ２ 文 献标 识 码 ： 文 章编 号 ：０ ６７ ４ （０４） － ５ － Ｔ８ Ａ １０ ． ３ ２０ ０ ０ ２０ ０ ４ ４ ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｆｎ ｔ ｉ ｏ ｅ ａ ｒ ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｏ ｉｅ ｄ ｐ ｌ ｒ ａ ｓ ｉ
ＹＡＮＧ ｈ ｎ ｙ ａ Ｌ ＡＯ Ｙａ — ｉ ｇ， Ｓ ｅ — ｕ ｎ， Ｉ ｎ ｐ ｎ ＭＡ ｉｚ ｕ， Ｈｕ —ｈ ＨＯＵ ｎ ｌ Ｙａ —ｉ
（ ｏ ｅｅｏ ｆ ｍ ｔ ｎａｄＣ ｍ ｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ａｂｎＥ ｇｎｅｉ ｎｖｒｉ ， ａｂｎ１０ ０ ， ｈ ａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎ ｒ ａ ｏ ｎ ｏ ｍ ｎ ａ ｏ ｎｉｅｒ ｇ Ｈ ｒｉ ｎｉｅｒ ｇＵ ｉｅ ｔ Ｈ ｒｉ ５０ １Ｃ ｉ ） ｌ Ｉｏ ｉ ｃｉ ｎ ｎ ｓｙ ｎ
杨莘元 ， 艳苹 ， 廖 马惠珠 ， 侯艳 丽
（ 尔滨工程 大学 信 息与通信工程学院 ， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５ ０ １ 摘 要： 天线 阵列 的特性决定其应用范 围， 了解天线特性可以有效地 利用其优点传输 能量． 针对偶极 子天线阵 ， 分析
了阵元互耦影响和频率特性及其散射特性． 主要包括在 应用实践 和开路 电压相结合 的方 法计算 阵列 单元互耦 的影 响的情况下 ， 应用矩量法分析了终端负载 ， 散射 场和反射 系数 随着频率 变化 的特 性曲线 ， 最后给 出了阵列大小 和入 射角度 的变化对散射方 向图的影响． 结果表明 ， 对于半波长的偶极子 阵列 ， 当阵元 问距 为半波长时性能达到最佳． 关键词 ： 有限阵列 ； 互耦影响 ； 频率特性 ； 散射 图样
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点半波偶极子天线是一种常见的天线类型，具有许多特点和优点。
在这里，我将解释半波偶极子天线的特点，并结合标题中心扩展下的描述。
半波偶极子天线是一种全向天线，其辐射图案在水平方向上是均匀的圆形。
这意味着它可以在水平方向上以相等的强度发送和接收无线信号，而不受方向性的限制。
因此，半波偶极子天线非常适用于需要全向覆盖的应用，如无线通信基站和广播电台。
半波偶极子天线的频率范围广泛，可以覆盖从几十兆赫兹到几千兆赫兹的频段。
这使得它可以适应不同的通信系统和应用需求。
无论是用于移动通信、无线局域网还是卫星通信，半波偶极子天线都可以提供可靠的信号传输和接收。
半波偶极子天线具有较高的辐射效率和良好的阻抗匹配特性。
它的辐射效率是指天线将输入的电能转化为辐射能的能力。
由于其设计合理，半波偶极子天线可以有效地将电能转化为无线信号，并降低能量损耗。
同时，它的阻抗匹配特性使得天线能够有效地与发射或接收设备之间传递信号，减少信号的反射和损耗。
半波偶极子天线还具有较小的体积和重量。
相比其他天线类型，半波偶极子天线通常是由简单的金属材料制成，易于制造和安装。
这使得它在实际应用中具有较大的灵活性和便利性。
另外，由于其较小的体积和重量，半波偶极子天线也可以方便地安装在各种设备上，如移动电话、无线路由器等。
半波偶极子天线还具有一定的抗干扰能力。
由于其辐射图案的均匀性，半波偶极子天线可以减少外界干扰对信号的影响。
这在拥挤的无线环境中尤为重要，可以提高通信系统的可靠性和性能。
半波偶极子天线还具有一定的多频段工作能力。
通过合理设计和调整天线的物理结构，可以使其在不同频段上工作。
这使得半波偶极子天线可以满足多种应用需求，如多频段无线通信系统和多频段无线电广播。
半波偶极子天线具有全向性、频率范围广、辐射效率高、阻抗匹配好、体积小、重量轻、抗干扰能力强和多频段工作能力等特点。
在不同的无线通信和广播应用中，半波偶极子天线都可以发挥重要的作用，并提供稳定可靠的信号传输和接收。
第四章 偶极子天线
l
60I z dz jkr j sin e r
I m sin k l z z 0 Iz I m sin k l z z 0
l
得：
E
0
60I m sin k l z j sin 1e jkr1 dz r1
0 l
几种典型偶极子天线上的电流分布
偶极子天线上电流分布的特点
• 振子的终端始终是电流的波节；
• 离终端/4处为电流的波腹，再经/4处为电流 波节，依次重复； • 在振子上的电流经过零值时，电流相位改变 1800；
• 振子输入端的电流值由电长度l/ 决定；
• 振子两臂相对应点的电流相等。
第二节 偶极子天线的辐射场
和方向性函数
一、偶极子天线的辐射场
在天线振子上取一小段
Z M
dz ，认为 dz 上电
流分布是均匀的，则 dz 所产生的场为：
dz 1
r1
z z
dz
0
2
r0 r2
60I z dz jkr dE j sin e r
天线在M点产生的场是无数
的场的积分：
E
代入：
l
dz 在M点产生
半波偶极子天线（ l 0.25 ）在子 午面内的方向性图
偶极子天线（l 0.625 ）在子午面 内的方向性图
各种不同长度的偶极子天线在子 午面内的方向性图
3）任何长度的偶极子天线在轴向
0 无辐射；
4）当
l l 0 .5 尖锐，且只有主瓣，主瓣垂直于振子轴；
时，随着
增大，波瓣越来越
5）当
消失； l
后，出现旁瓣；
0 .5
偶极子天线研究方法
偶极子天线研究方法
偶极子天线是一种广泛应用于无线通信中的天线类型，其结构简单、性能稳定、易于制造，因此被广泛应用于各种通信系统中。
为了研究偶极子天线的性能和优化设计，需要采用一定的研究方法。
偶极子天线的研究方法主要包括以下几个方面：
1.理论分析：通过建立偶极子天线的电磁场模型，推导出其辐射特性、阻抗匹配等性能参数的计算公式，以及优化设计的基本原理。
2.仿真模拟：通过电磁仿真软件，如Ansys、HFSS等，对偶极子天线的电磁场进行数值模拟计算，得到其辐射特性和性能参数。
3.实验测试：通过实验测试，测量偶极子天线的辐射特性、阻抗匹配、功率传输等性能参数，验证理论分析和仿真模拟的结果，并对偶极子天线的优化设计提供实验依据。
4.优化设计：结合理论分析、仿真模拟和实验测试的结果，对偶极子天线的结构参数、材料特性等进行优化设计，以达到更好的性能指标。
在偶极子天线的研究中，理论分析、仿真模拟、实验测试和优化设计是相互补充的，需要综合运用来实现对偶极子天线的全面研究和优化设计。
- 1 -。
偶极子天线结构
偶极子天线结构1. 引言天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，它负责将电磁波从传输介质中转换为自由空间中的辐射电磁波。
偶极子天线是一种常见且重要的天线结构，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
本文将对偶极子天线的结构、工作原理及其在通信系统中的应用进行详细介绍。
2. 偶极子天线的定义与分类偶极子天线是一种简单而有效的天线结构，它由两个相同长度但相反方向的导体杆构成。
根据导体杆的形状和排列方式，偶极子天线可以分为直立式偶极子天线和水平式偶极子天线。
直立式偶极子天线直立式偶极子天线由两根垂直于地面并互相平行的导体杆组成。
这种结构常见于基站、移动通信塔等场合。
直立式偶极子天线具有较高的辐射效率和辐射方向性，适用于远距离传输和大范围覆盖。
水平式偶极子天线水平式偶极子天线由两根水平并互相平行的导体杆组成。
这种结构常见于室内天线、车载天线等场合。
水平式偶极子天线具有较低的辐射效率和辐射方向性，适用于近距离传输和小范围覆盖。
3. 偶极子天线的工作原理偶极子天线的工作原理基于电磁波与导体之间的相互作用。
当电磁波通过导体时，会在导体表面产生感应电流。
这些感应电流会在导体上产生电场和磁场，从而形成一个辐射源。
根据安培定律和法拉第电磁感应定律，我们可以推导出偶极子天线的辐射特性。
偶极子天线可以看作是一个振荡器，其长度与频率密切相关。
当频率与偶极子天线的谐振频率匹配时，能量将被有效地传输到空间中，并形成一个辐射模式。
偶极子天线在空间中产生的辐射模式可以通过增加或减小导体杆长度来调节，从而实现对天线性能的优化。
4. 偶极子天线的特点与优势偶极子天线具有以下特点和优势：宽频带特性偶极子天线的宽频带特性使其能够适应不同频率范围内的通信需求。
通过调整导体杆的长度和直径，可以实现多频段的覆盖。
方向性辐射偶极子天线具有较高的辐射方向性，可以将信号集中在某个方向上，减少信号在其他方向上的损耗。
这对于提高通信系统的传输距离和抗干扰能力非常重要。
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微波偶集极子
——偶极子天线特性研究
原理
能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。
天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。
对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。
天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。
通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。
但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。
这里我们通过实验来研究天线的指向性。
天线的形式
1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。
其半径为a ，线长为l 。
这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。
2a
忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为：
θ
θβθβθsin )()
cos()cos cos()(max f l l f −=
式中β是相位因子β=2π/λ。
下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。
下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。
0.20.40.60.81.00
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
0.00.20.40.60.81.0
图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.50
0.751.000
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
0.000.25
0.500.751.00
图 2 l/λ=0.5时的方向函数
0.00
0.250.50
0.751.000
30
60
90
120150
180210240
270
300
330
0.250.50
0.751.00
图 4 l/λ=1时的方向函数
0.25
0.500.75
1.000
30
60
90
120
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210
240
270
300
330
0.000.25
0.500.751.00
图 3 l/λ=0.75时的方向函数
图中的0度方向为振子的垂线方向，0度指的是与波矢的夹角为0。
注意到0度时天线
接收的能量是0。
这是容易理解的，因为这时振子处于同一波阵面中或是对称的，不会在振
子中激起电流。
根据接收天线与发射天线的互易定理，发射天线的方向特性与接收天线是相
同的。
在实际使用中一般取2l/λ=0.5或1，前者称为半波对称振子，后者称为全波对称振
子。
2．引向天线：当在振子的附近放置若干金属短杆时，方向的对称性将被破坏。
这些金属短杆被称为引向器和反射器。
其特性与金属短杆的位置和几何尺寸有很大关系。
在本实验
中有若干不同形式的引向天线。
我们可以通过实验来测量这些天线的方向函数图。
其物理图
象请同学们讨论。
我们常常在居民的屋顶上看到这种天线。
3．螺旋天线：由一根金属螺旋线构成。
它可以看成Array是同轴电缆的端部的变形。
在0.25λ≤D≤0.45λ时，天
线在轴向有最大单方向辐射，称为轴向模辐射态。
这是较
常用的工作状态。
螺旋天线有左旋、右旋之分，它分别接
收左旋极化波和右旋极化波。
实验仪器及实验内容
发射器：由GUNN振荡器、喇叭天线和激励电源组成。
激励电源提供频率为1KHz的脉冲，GUNN振荡器产生f=9.40 GHz，即自Array由空间中波长为32mm的微波，喇叭天线把
微波偶合到自由空间，变成平面波。
它是线
偏振的（如何验证？）。
接收机：由被测天线、带通放大器、旋转平台、天线支架、电源组成。
接收到的被调制的微波信号被Schottky二极管检波，输出1KHz的方波信号。
这个信号再由中心频率为1KHz 的带通放大器放大。
可用交流电压表来测量输出信号的变化。
天线：
1.对称振子。
小心套上装有金属短杆的附件就构成了有好几种形式的引向天线。
仔细观
察它们的几何尺寸并编号以便与记录对应。
2.螺旋天线。
观察它们的旋转方向，并测量、比较结果，你能事先预测它们的结果有什
么不同吗？
注意：整个在测量时，尽量保持发射机与接收机位置不变，尽量保持周围环境状态不变。
这样就可以比较天线之间的性能。
数据处理
1．作极坐标的归一化方向图，并给出每一图的最大方向上的最大函数值。
比较有和不同。
2．试作一简单的附件，看看能有什么作用（第二次时选作）。