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天线方向图 [复制链接]

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离线mylcq
 
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842
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2005-05-27
1、仿真方向图基于如下定义 天线与坐标的关系:天线安装在球坐标的原点上,天线法向(与安装平面垂直)或轴向为z轴,指向天顶,如下图所示。 theta(θ)面方向图:指phi取恒定值的平面;theta从0到360°,其中0~180°对应球坐标中x>0的0~180°,180~360对应球坐标中x<0的180~0°,方向图均为功率方向图。对于喇叭、微带天线等定向辐射天线而言,通常所说的e、h面是theta面的两个特例。 phi(φ)面方向图(水平面):指theta取恒定值的锥面,phi从0到360°。 e-theata分量(垂直面): theta=0°附近对应为水平极化分量的一部分(垂直极化振子天线的零点区域,即垂直振子无水平极化分量,常规微带天线水平极化分量大); theta=90°附近时,对应垂直极化分量(垂直极化振子天线的最大辐射区域,即垂直振子为垂直极化天线,常规微带天线垂直极化分量较小,约-8dbi)。 e-phi分量:电场矢量与z轴垂直,theta=0°附近对应为水平极化分量的一部分;theta=90°附近时,对应全部水平极化分量。 总场:etheta与ephi的之合成,或者垂直与水平分量之合成,相当于分集接收的效果。 天顶
2、方向图形状定义 为了形象地描述某些具有一定特征的天线方向图,定义几个名词,仅限于本网站,与其它场合可能有所区别。 名词 轴向增益θ=0° 低仰角θ=80° 旋转对称性 典型形状 典型天线 桃子形方向图 5 -4 y 微带天线、振子天线 半球形方向图 2 0 y 四臂螺旋天线、特种微带天线 南瓜形方向图 -1 1 y 四臂螺旋天线、特种微带天线 全向方向图 <-10 2 y 振子天线、特种微带天线 偏轴方向图 0 3 n 特种微带天线 葫芦形方向图 -10 3 n 特种微带天线
离线mylcq
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842
只看该作者 1楼 发表于: 2005-05-27
实例:                
l     “葫芦形”方向图。
最大辐射方向:+y,-y轴方向,适用于需要覆盖狭长空间的场合

l     体积小:相当于普通微带天线的尺寸

l     相对带宽:约5.5%(vswr<1.5), 13%(vswr<2)

l     可以增加第二个频率的微带天线,半球形方向图,厚度增加约4mm。

l     天线形式:微带天线

l     极化:垂直线极化(e-syt)

l     3db波束宽度:水平面( =90°)70°,垂直面( =90°)110°

l     增益:>4db(两个主瓣方向)

l     安装方式:微带天线面位于球坐标的xoy平面,可以直接安装在金属体上,也可以安装在非金属介质上,方向图稍微有变化。


仿真实例:1.9ghz通讯天线

仿真结果:
   

图1 仿真模型(从上到下:辐射片、介质、安装面、插座。介质芯片尺寸:直径80mm×厚5mm;仿真的安装面尺寸:直径90mm)

图2   驻波比

                图3   立体方向图


  图4 phi面方向图:etheta分量,theta=20,30,40,50,60,70,80,90°


  图5 theta面方向图:e-theata分量,phi=0,44,92°

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离线mylcq
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842
只看该作者 2楼 发表于: 2005-05-27
仿真天线可以采用cst,或者hfss都可以。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。由上面的方向图可以看出,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。即根据天线增益的定义,天线增益可以理解为:为了使在观察点获得相等的电磁波功率密度,具有方向性天线所需的发射功率要比无方向性天线所需的发射功率小g倍。
  另外天线具有互易性,即一副同样的天线既可以作为发射天线,也可以作为接收天线,因此从天线接收的角度看,天线增益也可以用定向天线的有效接收面积ae与各向同性(无方向性)天线的有效接收面积a0之比来表示,必须指出,天线性能指标中给出的天线增益以及通常人们所说的天线增益都是指辐射场强为最大主射方向时的天线增益。然而当天线的主射方向偏离接收方向时,其实际的增益将随偏离程度的不同而变化。总之天线的增益反映了定向天线对某一方向辐射电磁波或接收电磁波的能力。因此一副高增益的定向天线可以降低对微波发信机输出功率的要求和提高微波接收机的接收灵敏度。
· 天线的效率
  天线本身是一种无源器件,就其对传输而言存在一定的损耗。这种损耗通常用天线的效率来衡。所谓天线效率就是指天线的辐射功率pf与输入功率pi之比。常用“η”
来表示,可以得出天线方向系数d、天线增益g和天线效率η之间的关系为理想点天线源没有损耗,即pi0=pf0 。因此得g=η·d     (3-8)
· 天线的防卫度
  天线的防卫度分天线后向防卫度和天线正交防卫度。天线后向防卫度是指天线主射方向的辐射场强E0与后向辐射场强e180°的比值,用“L180°”表示,即天线正交防卫度是指天线主射方向的辐射场强E0与偏离主射方向90°方向上辐射场强e90°的比值,用“L180°”表示,即天线防卫度反映了主射方向的辐射场强对偏离其90°和180°方向上的串扰影响大小,防卫度越高其扰越小。
离线mylcq
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842
只看该作者 3楼 发表于: 2005-05-27
体会:
从事天线工程的技术人员使用仿真软件进行天线设计,是一种基本技能。正版的仿真软件也非常昂贵,所以能进行仿真的技术人员在中关村月收入都上万元。学习电磁仿真,不仅有利天线设计工作,减少设计加工的浪费,还能够提高工作效率。仿真能将电磁场从无形变有形,从而方便天线设计。仿真软件很多,有的在方向图设计上非常准确,有的长于电大天线设计,有的长于电小天线设计,有的长于天线效率设计,如何将各仿真软件的长处结合使用,他将是一位非常优秀的天线设计专家。
仿真软件有以下几种:
1. ansys
2. ansoft.hfss.v9.0.
3. emc2000
4. remcom xfdtd6.2
5. remcom xgtd
6. xpatch
7. radbase 2.0
8.ansoft.serenade.design.environment.v8
9.ads2003a
10.ansoft.designer.v9.0_hfss-sinergy
11.eda软件
12.n4weval
13.cst 5.0
14.lab view_v7.0_iso-lnd.
15.proteldxp.
等等
离线mylcq
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842
只看该作者 4楼 发表于: 2005-05-27
这是我设计的倒V偶极短波天线的方向图及场强图
这是我设计的倒v偶极短波天线的方向图及场强图(白线为天线振子)
离线mylcq
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842
只看该作者 5楼 发表于: 2005-05-27
这是八木天线的方向图
这是八木天线的方向图
离线foxcw
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2023
只看该作者 6楼 发表于: 2005-05-27
这篇文章写的好,要想提高技术,就要多看这类文章。望楼主继续写一些此类文章贴出来。
离线TCL
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1040
只看该作者 7楼 发表于: 2005-05-27
好好,收藏       !
离线BG9DW
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4574
只看该作者 8楼 发表于: 2005-05-27
好文章,消化中!楼主是专业设计天线,吗?
离线接收
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834
只看该作者 9楼 发表于: 2005-05-27
牛b!楼主是学天线专业的吗?
离线mylcq
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842
只看该作者 10楼 发表于: 2005-05-28
综上所述:
  天线的好与差主要指标应当是天线的增益,而天线增益取决与方向系数和天线效率。
方向系数必须有好的天线结构、有效面积(或称之为孔径)和有效长度,再次是天线匹配使之有良好的谐振。
  根据麦克斯韦方程、玻印亭定理及付里叶极数这些基本原理,得出天线设计中缩短形天线其增益很低,这是因为其方向场强图可以看出。而且部队用2.4米的鞭天线调谐再好也只能近距离的地波传输,也说明了这个道理。
  其次,业余ham在天线制作中始终看天线的驻波好坏做为天线的标准,这是ham在天线制作是最大误区,也是不能提高天线技术的意识问题。
  谢谢大家的鼓励,我与您们一样也是ham只不过钻研天线有一定时日了,有什么问题请发悄悄话尽量给您一个满意的回答。
离线bg4ilm
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402
只看该作者 11楼 发表于: 2005-05-29
真是好帖!学习了!!!
离线Titan
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2908
只看该作者 12楼 发表于: 2005-06-10
hehe,楼主知道那儿有天线设计软件可以下载么?想学学试试,
离线Titan
发帖
2908
只看该作者 13楼 发表于: 2005-06-10
对了,楼主的这些仿真图都是用什么软件做出来的?那个软件比较适合用于小型天线的仿真设计啊
离线weed
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8689
只看该作者 14楼 发表于: 2005-06-11
掂。。。。。。。
离线BG1KGM
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351
只看该作者 15楼 发表于: 2005-06-12
good good study day day up.

up
离线游泳的鱼
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693
只看该作者 16楼 发表于: 2005-07-09
good good good good good good
good good good good good good
离线蔚泉
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208
只看该作者 17楼 发表于: 2005-07-09
万分感谢这样前辈的教导。
离线BG6IGG
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1175
只看该作者 18楼 发表于: 2005-07-09
漂亮,用的什么软件,欣赏一下
离线mylcq
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842
只看该作者 19楼 发表于: 2005-07-26
用吸波材料或加低倾角的方法可以使天线的方向图变畸!!