微波课设八木天线设计.docx
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微波课设八木天线设计
课设报告
课程名称:
微波技术与天线
课设题目:
八木天线的仿真设计
课设地点:
电机馆跨越机房
专业班级:
信息1002班
学号:
学生姓名:
指导教师:
2013/6/27
1、设计摘要
2、设计原理
3、八木天线参数选择及设计要求
4、八木天线的HFSS10仿真
(1)建立模型
(2)确认设计
(3)S参数(反射参数)
(4)2D辐射远区场方向图
(5)3DPolar
5、仿真结果分析
6、实验中的问题
7、心得体会
一、设计摘要
八木天线又称引向天线,它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。
其结构示意图如下,在无源振子中较长的一个为反射器,其余的均为引向器,它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。
六元八木天线示意图
八木天线中,有源振子可以是半波振子,也可以是折合振子一般常用折合振子,以提高八木天线的输入阻抗,以便和馈电线匹配。
主要作用是提高辐射能量。
无源振子是若干孤立的金属杆,它与馈线和有源振子不直接相连,作用是使辐射的能量集中到天线的端向。
二、设计原理:
八木天线的工作原理是:
有源振子被馈电后,向空间辐射电磁波,使无源振子中的产生感应电流,从而也产生辐射。
改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离,无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变,从而影响有源振子的方向图。
若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4,无源振子比有源振子短时,整个电磁波能量将在无源振子方向增强;无源振子比有源振子长时,将在无源振子方向减弱。
比有源振子稍长一点的称反射器,它在有源振子的一侧,起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用;比有源振子略短的称引向器,它位于有源振子的另一侧,它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。
通常反射器的长度比有源振子长4%~5%,而引向器可以有多个,第1~4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%~5%。
本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上,设计一个六元八木天线。
三、八木天线参数选择及设计要求
根据上述八木天线基本理论的介绍,我们可以知道引向器越多,方向越尖锐、增益越高,但实际上超过四、五个引向器之后,这种“好处”增加就不太明显了,而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。
通常情况下有一副五单元八木(即有三个引向器,一个反射器和一个有源振子)就够用了。
因此,我们选用了一个比较合适的参数范围,其参数如下:
其工作频率为
f=300MHz;
1,参数的选择:
λ=c/f=1m;
2lref=0.5λ,2ldri=0.47λ,2l1=2l2=2l3=2l4=0.43λ;
Ddri=0.3λ,d1=d2=d3=0,30λ,dref=0.25λ;
振子直径2a=0.0052λ。
2,设计要求:
利用HFS10仿真软件对此组数据进行仿真,并分析其远辐射场特性以及S曲线,并绘制其方向图。
四、八木天线的HFSS10仿真
1,建立模型:
模型细节:
八木天线实物仿真
2,确认设计:
确认设计
3、S参数(反射参数):
4、2D辐射远区场方向图
(1)phi=0deg时:
(2)phi=90deg时:
(3)phi=180deg时:
5、3DPolar:
五、仿真结果分析
可知,天线工作的谐振频率在550MHz附近,与实际设计要求f=300MHz有一定的偏差。
在实验中已知振子直径2a=0.0052m。
为了实现八木天线与同轴线之间的阻抗匹配。
通过添加了附加平衡段平衡器balun来实现阻抗匹配。
在以上工程中balun的半径r=0.0037m,长度l=0.25m。
六、实验中的问题:
1、建模出错:
第一次建模时未能正确画出让Arm_2与Balun连接的L1与L2。
让我在空欢喜的等待了2小时的,建模的结果当然也是不符合要求。
其反射系数曲线和2D辐射远场方向图如下:
(虽然在425MHz时,衰减到了10dB以下,但是由于其工作频带过窄,不能正常工作,不符合要
(2)修改模型以后(未修改U2半径)。
反射系数曲线图如下:
(不符合要求)
七、心得体会
当初选择八木天线作为自己的课设题目时,以为工作量再大,那又能大到哪里去。
结果,在实验的过程中,也体会到了做八木天线的难度。
建模其实没什么难度,难的是在每次修改平衡器Balun的半径r以后,一运行就得等上3小时左右。
而且修改半径以后也不能确定结果是否符合要求。
不过,在不断地修改与尝试过程中,我对八木天线和仿真软件HFSS也有了更多的认识,比如总结了一下一些常用快捷键,如:
Ctrl+D:
最佳角度观看模型;Shift+鼠标:
水平移动模型;Alt+鼠标:
旋转模型;Shift+Alt+鼠标:
放大缩小模型;Alt+双击坐标轴:
平视图。
还有在查阅有关八木天线的相关资料时,也是出乎意料,网上的资源简直非常少,而且收费的居多(在我的查阅范围里)。
可能网上八木天线的知识是很多的。
但在我的查询中,至少让我体会到,天线是难学的学科。
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