中国科学院研究生院--春季课程--天线课程作业(二)
厘米—分米波射电日像仪天线阵基线测量
厘米—分米波射电日像仪天线阵基线测量刘东浩;颜毅华;李沙;王威【摘要】日像仪采用综合孔径原理成像,利用不同基线单元的相关输出得到复可见度函数,经过傅里叶变换得到源的亮度分布,基线测量精度是影响成像质量的重要因素.提出了采用大地坐标测量结合观测天文源确定方向基准,进行厘米-分米波射电日像仪天线阵单元天线三维坐标位置测量,获得天线基线矢量的方案,并通过在国家天文台明安图观测站建立相对坐标测控网,对射电日像仪天线阵天线基线进行实测定位,整网平差计算结果表明测量方案合理可行,并满足日像仪基线间距离测量精度的要求和相关成图要求.【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》【年(卷),期】2013(010)002【总页数】6页(P128-133)【关键词】综合孔径;大地坐标测量;日像仪;基线【作者】刘东浩;颜毅华;李沙;王威【作者单位】中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院太阳活动重点实验室,北京100012;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院太阳活动重点实验室,北京100012;中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院太阳活动重点实验室,北京100012;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院太阳活动重点实验室,北京100012【正文语种】中文【中图分类】P228.6中国频谱日像仪(Chinese Spectral Radio Heliograph, CSRH)是中国科学院国家天文台研制的国家重大科研装备研制项目，采用综合孔径方法成像的专用于观测太阳的射电望远镜，同时实现以高空间、高时间和高频率分辨率观测太阳爆发活动的动力学性质,探测太阳剧烈活动的起源。
填补目前国际上对太阳耀斑能量初始释放区分米波段高分辨射电成像观测的空白，可望在日冕物理研究中取得重要的原创性研究成果[1-2]。
2017年西电电院微波技术与天线大作业
微波技术与天线大作业题目微波技术与天线大作业学院电子工程学院姓名学号大作业中心位于（0.3λ,0,0）和（-0.3λ,0,0）的两个半波对称报子，沿y轴取向（如图）组成二元线阵，设两报子等幅同相馈电，在Z=-λ/4处有一个理想导电平面，求此线阵的辐射方向图及线阵的增益，用MATLAB编程绘出住平面及立体方向图，并计算增益。
一、设计方案在xyz平面内，我们设方向函数与Y轴夹角γ，与X轴的夹角为θ，在yoz平面上的投影与y轴的夹角为φ，则单个的半波对称阵子的方向函数为：因为两个半波对称阵子组成二元天线阵，由于两个阵子等幅同相，且两个阵子之间的距离d=0.6λ，所以直线阵的阵因子为：在Z=-λ/4平面上有一理想导体平面根据镜像对称原理，可以看成原二元天线阵在距离理想地面高度为-λ/4，其地因子为：故可得：二、MATLAB程序代码如下：clear all;clc;theta=(0:pi/100:pi);phi=0:pi/100:pi;for m=1:length(theta)for n=1:length(phi)E(m,n)=cos(pi/2*sin(theta(m))*cos(phi(n)))/(sqrt(1-(cos(phi(n) )*sin(theta(m)))^2))*2*cos(0.6*pi*cos(theta(m)))*2*sin(0.5*pi* sin(theta(m))*sin(phi(n)));z(m,n)=abs(E(m,n))*sin(theta(m))*cos(phi(n));x(m,n)=abs(E(m,n))*sin(theta(m))*sin(phi(n));y(m,n)=abs(E(m,n))*cos(theta(m));endendfigure(1);mesh(x,y,z);xlabel('z');ylabel('x');zlabel('y');figure(2);polar(theta,abs(E(:,51)'));title('H面');figure(3);polar(phi,abs(E(51,:)));title('E面');三、结果截图如下：立体方向图四、结果分析：则该天线的增益为：。
天线的方向图测量(设计性)试验
理学院材料物理专业近代物理实验（设计性）试验报告中国石油大学近代物理实验报告班级：材料物理10-2 姓名：同组者：设计性实验不同材质天线的方向图测量（measurement of antenna parameters）【中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】摘要：天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。
但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。
天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。
研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。
我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。
因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。
研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。
电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。
根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。
天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。
即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。
通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。
标准实验报告(二系卫星天线实验)电子科大 (1)
电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称卫星接收天线实验电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：一、实验室名称： 天线实验室 二、实验项目名称：卫星接收天线实验 三、实验学时：4 四、实验原理：（详细内容见实验指导）卫星天线的方位角计算公式是：]sin /)([θψψg s tg arctg A -=-----------------------------(1)式中：g ψ是接收站经度s ψ为卫星的经度θ为接收站的纬度仰角的计算公式是：2]cos )[cos(115127.0cos )cos(θψψθψψg s g s arctgH ----=-----------------(2)地面接收天线的极化角P 可用下式计算：]/)[sin(θψψtg arctg P g s -=------------------------------ (3)五、实验目的：1、了解卫星接收系统组成原理；2、掌握抛物面天线原理与调整方法；3、学会设计组建一个简单卫星接收系统。
六、实验内容：1、设计并组建最简卫星接收系统，计算方位角俯仰角等天线参数，并通过调整，实现对指定卫星接收；2、根据要求，在原有俯仰角和方位角的基础上，使用简单估算的方法，完成卫星快速换星调整。
七、实验器材（设备、元器件）：1、天线转台2、抛物面天线3、卫星接收机4、监视器5、高频头、75欧同轴电缆、F高频接头、螺钉等八、实验步骤：1、根据接收点经纬度（104ºE，30.8ºN）和卫星定点位置经度，计算出天线的方位角、俯仰角。
2、根据框图连接系统，打开卫星接收机和监视器，选择卫星设置菜单，根据高频头上的标记，设置合适的本振频率。
选择到增加节目菜单，填入下行频率、符号率、极化等参数，将菜单保持信号强度和信号质量信息显示。
3、调整转台脚钉使支架水平，用指南针找到正南方向，根据计算的卫星俯仰角和方位角，调整天线转台初步确定天线的对准方向。
14.双反射面天线
三、面电流法
用面电流法分析卡氏天线具有较高的精确性。由于有主、副两个反射面，则 面电流分布要计算两次。整个过程是： （1）由馈源辐射场求副反射面上的电流分布。 （2）由副反射面上的电流分布产生的场求主反射面上的电流分布。 （3）由主反射面上的电流分布求远场。
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<<天线原理与设计>>讲稿
12.3
一、虚馈源法
由放在实焦点 F ' 的馈源(实际馈源)发出的电磁波， 经双曲面反射后再到抛物 面，犹如放在焦点 F 的等效馈源(虚馈源)发出的电磁波一样。其等效原理是：用 相心在抛物面焦点的等效馈源取代卡式天线的馈源和副反射面， 从而把卡式天线 简化为焦径比不变而馈源尺寸改变了的抛物面天线进行定量分析。 此时的 f 和 D 不变，但采用虚馈源后有两点不同。
g 成为增大 G 的唯一途径。由于卡式天线结构相对复杂，影响天线效率降低的因
素较多，但主要来自如下三个方面：
(1) 馈源照射副反射面时的漏溢影响； (2) 主反射面口径上的场不够均匀，即口径效率低； (3) 副反射面及其支撑杆的遮挡影响。
对标准卡式天线，上述因素是彼此矛盾的。例如，减少副反射面的遮挡，就 要使副反射面的漏溢损失增加； 而降低副反射面漏溢损失将增加主反射面口径幅 度分布的均匀性，即口径效率会降低。设计天线时应根据性能指标权衡考虑。 通常，卡式天线的效率可归纳为六个方面的影响因素，即
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<<天线原理与设计>>讲稿
射线都将汇聚到馈源所在点 F ' ，由喇叭接收。
■卡氏天线的优缺点：
优点： （1）馈线短 （2）空间衰减 SA 小 （3）减小漏溢 （4）等效焦距长 （3）设计灵活（7 个参数） 等 缺点： （1）副反射面的遮挡大，但对要求 G 很高的天线来说，主反射面很大的 话，这个遮挡相对就小。 （2）造价高。
遥感与制图课程——课堂作业(研究生)
西南大学研究生课程考试答卷纸考试科目遥感与制图院、所、中心资源环境学院专业或专业领域土地资源管理研究方向土地利用规划级别 2 0 1 2级学年2012－2013学年学期第二学期姓名学号类别②（①全日制博士②全日制硕士③教育硕士④高师硕士⑤工程硕士⑥农推硕士⑦兽医硕士⑧进修)2013年06月01日研究生部制1备注：成绩评定以百分制或等级制评分，每份试卷均应标明课程类别（①必修课②选修课③同等学力补修课）与考核方式（①闭卷笔试②口试③开卷笔试④课程论文）。
课程论文应给出评语。
1、从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。
答：当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。
地球自身的辐射主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。
两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6μm，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。
表1 地物反射光谱特性表波段名称可见光与近红外中红外远红外波长0.3~2.5μm 2.5~6μm >6μm辐射特性地表辐射太阳辐射为主地表辐射太阳辐射和自身的热辐射地表物体自身热辐射为主比辐射率(发射率)波谱特性曲线的形态特征可以反映地面物体本身的特性，包括物体本身的组成、温度、表面粗糙度等物理特性。
特别是曲线形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体，尤其在夜间，太阳辐射消失后，地面发出的能量已发射光谱为主，单侧起红外辐射及微波辐射并与同样温度条件下的比辐射率(发射率)曲线比较，是识别地物的重要方法之一。
地物反射波普曲线除随不同地物(反射率)不同外，同种地物在不同内部结构和外部条件下形态表现(发射率)也不同。
一般说，地物发射率随波长变化有规律可循，从而为遥感影像的判读提供依据。
2、主要遥感平台有哪些？各有何特点？答：遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。
近场天线测量作业
作业一：分别采用直接求和与快速Fourier 变换（FFT ）两种方法计算出)(ωF ，并与理论计算结果比较，并比较两种方法所用时间。
1. 已知xe xf -=)(求 dx e eF x j xπωω2)(⎰∞∞--=直接积分：2)2(12)(πωω+=F (1-1)当ω很大时，0)(≈ωF 取100=Ω时，010)(5≈<-ωF故近似认为当Ω>ω时，0)(≈ωF ，即可以近似认为f （x ）是一个谱宽有限得函数，带限为2Ω，取005.02=Ω≤∆ππx ，则由取样定理有 2()m xj m x m F ee xπωω∞-∆∆=-∞=⋅⋅∆∑令xN n∆=ω， ∑--=∆-∆≈1222)(N N m Nmn jxm x eeF πω令,2k Nm =+则有 ∑-=-∆--∆≈∆10)2(2)2()(N k Nk N n jx Nk x ee x N n F π∑-=∆--∆-=102)2()1(N k Nknj x N k nexeπ∑-=-=12)1(N k Nkn jknefπ (1,,1,0-=N n ) <FFT 形式> (1-2)其中： ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=∆-=∆=∆-∆-1,,212,,1,0)2()2(N Nk xe Nk xe f xk Nx N k k (1-3)取N=2048，则1024*0.005≈5，12<<∆-x N e2.Matlab 程序清单如下： clcclear all Wp=100;dx=1/(2*Wp); N=2048; n=0:N-1;w1=n./(N*dx);%%%理论值 w=0:.001:Wp ticFP=2./(1+(2*pi*w).^2); toc%%%直接求和 ticfor n1=0:N-1 FS1=0;for k=0:N-1;FS2=dx.*exp(-abs((k-N/2).*dx)).*exp(i*2*pi*k*n1/N); FS1=FS2+FS1; endFS(1,n1+1)=(-1).^n1.*FS1; endFS=abs(FS); toc%%%FFT k=0:N-1;w_=n./(N*dx);Fk=dx.*exp(-abs((k-N/2).*dx)); ticFF=fft(Fk,N); FF=abs(FF); tocfigure(1)subplot(1,2,1)plot(w,FP,'--',w_,FS,'s');grid on;title('直接求和计算结果与理论结果')legend('理论值','直接求和')axis([0 3 0 2]);subplot(1,2,2)plot(w,FP,'--',w_,FF,'s');grid on;title('FFT计算结果与理论结果')legend('理论值','FFT计算')axis([0 3 0 2])figure(2)plot(w,FP,'--',w_,FS,'s',w_,FF,'o');grid on; legend('理论值','直接求和','FFT计算')axis([0 3 0 2]);Elapsed time is 0.006355 seconds. （理论值计算见式（1-1）） Elapsed time is 10.422329 seconds. （直接求和计算见式（1-2）） Elapsed time is 0.001044 seconds. （FFT 见式（1-3）） 4.结果与讨论由计算结果图可以看出：用直接求和计算和FFT 算法得到的结果均与理论结果吻合很好，几乎重合；由计算所用时间可以得出：FFT 算法比直接求和法具有明显的优势，当N=1024时，直接计算需要N 2=1 048 576次乘法，然而FFT 算法只需要51202)1024(log 10242 次乘法，算法次数减小自然能节约系统资源缩短计算时间，从而比直接求和法更实用。
北大天线理论课件：第二章 天线阵
第二章阵列天线单个天线的方向图较宽，增益和方向性也有限，为了得到较好的性能，常将多个单元天线组合在一起。
这种由若干个单元天线按一定的方式排列起来的辐射系统称为阵列天线（Antenna Array），构成天线阵的单元称为阵元。
阵元可以是半波振子、微带天线、缝隙天线或者其它形式的天线。
按照阵元中心连线轨迹，天线阵可以分成直线阵、平面阵、圆环阵、共形阵和立体阵。
实际的天线阵多由相似元组成。
所谓相似元，是指各阵元的类型、尺寸、架设方位等均相同。
天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。
只要调整好各单元天线辐射场之间的相位差，就可以得到所需要的、更强的方向性。
对于相似元组成的天线阵，影响方向图的因素有以下五点：1)阵的几何排列结构；2)阵元间的相对位置；3)阵元的激励幅度；4)阵元的激励相位；5)阵元的方向图。
§1二元阵（Two-Element Array ）1.1 二元阵的辐射场由两个阵元组成的天线阵称为二元阵。
假设两个相似元以间隔距离d 放置在y 轴上构成一个二元阵，阵元间电流关系为：ξj emI I 12=式中m 、ξ均是实数。
两个阵元远区辐射场可分别表示为：1),(60ˆ),(1111jkre f r I a E -=ϕθϕθθ 2),(60ˆ),(2222jkre f r I a E -=ϕθϕθθ天线阵的远区辐射场为各阵元辐射场的矢量和，即：),(),(),(21ϕθϕθϕθE E E+=对于相似元，远区辐射场的矢量方向相同，方向函数相同。
并且考虑到：θθθ≈≈21δcos 21d r r r =∆=-21r r ≈δ---r与阵轴之间的夹角得到观察点处的合成场为：[])1)(,(),(),(),(21121r r k j meE E E E -++=+=ξϕθϕθϕθϕθ如令δξξξψcos 21kd r k r r k +=∆+=-+=则有()()ψψϕθϕθϕθj jkrj mef reI meE E +=+=-1,60)1)(,(),(011式中ψ为天线Ⅱ相对于天线Ⅰ的相位差。
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天线课程作业（二）
1. 双线传输线中长线(20/λ≥l )中的电流一般表示为：)sin(0kx t I I -=ω。
短线(20/λ<l )的电流一般表示为：t I I ωsin 0=，其上电流可以看作是等幅同相的，如工频50赫兹交流电。
注意：短线中的电阻、电容和电感等是集总参数，而长线中的电阻、电容和电感等是分布参数。
试从电磁场理论推导并讨论双导线传输线（长线）在空间的辐射场随两导线之间距离的变化情况，并且画出电磁场分布示意图。
2. 双线传输线和线天线中的电荷变化问题
电子系统在有交变电流存在的情况下，每一点（包括天线和传输线）都在不断进行着充放电的过程。
试根据时域中的电流连续性方程分析和讨论双线传输线和线天线中的电荷变化情况（谐波)s i n (0kx t J J -=ω）。
并结合其中某点电流和电荷随时间的变化关系说明双线传输线和线天线中把四分之一波长看作一个充、放电基本单元的原理。
3. 阐述导线产生电自感的机理，并且说明为什么导线产生的电自感会随频率发生变化。
4. 说明天线场区的划分标准及其各场区的电磁场特性。
5. 天线的远场区与近场区问题
北京理工大学电子工程系高本庆教授认为：若一个天线的观察点位于每一个辐射单元（如基本电振子）的远场区，但它可能位于整个天线的近场区。
你认为对不对？为什么？论证一下。
需要指出的是：分布在天线上的电流（磁流）可以看作是许多个电流元（磁流元）叠加而成，因为电磁场（源）是符合叠加原理的线性系统场（源）。
6. 许多天线的辐射效率接近100％，但电小天线的效率很低，一工作
在1MHz ，长50/λ=∆l 的基本电振子（铜线，m mS /107.57⨯=σ）,试
分别在考虑和不考虑趋肤效应两种情况下计算其辐射效率。
假设
导线半径m a 41006.4-⨯=。
7. 天线的各特性参数是随频率发生变化的。
试以短天线为例，简要说明其输入阻抗和方向图会随频率发生变化。
8. 简述天线的输入阻抗和天线场区的关系。
天线的输入阻抗受那些因素影响？为什么？
9. 为什么天线的输入阻抗会和频率有关系呢？
10. 对于天线的远区场，坡印廷矢量的r-分量，有：
)(21**θφφθH E H E S r -=，
试推证之。
11. 试论证：方向性增益的两个定义是相等的。
12. 试证明：方向性增益和场强方向图的关系，即2),(),(ϕθϕθF U U m =
13. 能不能设计一个全向等辐射强度天线?为什么?
14. 清华大学的一个博士曾经在一次研讨会上提出一个问题：地面上距离很远的两个短波天线，中间被大山隔离而没有直达波，只好利用电离层的反射波工作。
试问这两个短波天线是互易的吗？
15. 有两副天线，方向图分别为：
4.0sin )(21+=θθf 4.0cos )(22+=θθf 计算这两副天线的半功率波瓣宽度。
16. 某天线的E －面方向图函数为：
)4cos 4cos()(πθπ
θ-=F 用描点法草画出E －面方向图。
17. 一个效率为90％的天线，其最大辐射强度为300mW/sr 。
当输入功率为π50mW 时，求方向性系数和增益。
18. 在自由空间中的矢量磁位为，
'4'dv R e jkR v π-⎰⎰⎰=J A ，在远场时近似为：''
4dv e R e j v jkr
R k J A ⋅-⎰⎰⎰=π。
而磁场和电场是通过 A H ⨯∇= ωεωμj )
(A A E ⋅∇∇+
-=j 得到的。
对于电场，经常由麦克斯韦方程求较为简单。
在源区域为
)j 1J H E -⨯∇=(ωε 在无源区，0=J ，为
H E ⨯∇=ωεj 1 远场近似（仅取为1-r 项）为
A E ωμj -= 而在远场近似下，磁场可利用平面波关系求出
E H ⨯=∧r η1 就此
（1）分析一下源和场的关系；
（2）归纳和讨论一下各个场量的特点以及之间的关系；
（3）试论述在远场近似下
≈
⋅
∇
∇
ωε
j
)
(A
等效于远场仅取为1-r项；
（4）对于远场的球面波，关系
E
H⨯
=
∧
r
η
1
还成立吗？
19.天线是如何和传输线匹配的？。