近場天線測量作業(yè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上作業(yè)一：分別采用直接求和與快速Fourier變換（FFT）兩種方法計算出，并與理論計算結(jié)果比較，并比較兩種方法所用時間。1. 已知 求 直接積分： (1-1)當很大時，取時， 故近似認為當時，即可以近似認為f（x）是一個譜寬有限得函數(shù)，帶限為2，取，則由取樣定理有令， 令則有 () <FFT形式> (1-2)其中： (1-3)取N=2048，則1024*0.0055，2.Matlab程序清單如下：clcclear allWp=100;dx=1/(2*Wp);N=2048;n=0:N-1;w1=n./(N*dx);%理論值w=0:.001:WpticFP=2

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; end FS(1,n1+1)=(-1).n1.*FS1;endFS=abs(FS);toc%FFTk=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_,

3、FS,'s');grid on;title('直接求和計算結(jié)果與理論結(jié)果')legend('理論值','直接求和')axis(0 3 0 2);subplot(1,2,2)plot(w,FP,'-',w_,FF,'s');grid on;title('FFT計算結(jié)果與理論結(jié)果')legend('理論值','FFT計算')axis(0 3 0 2) figure(2)plot(w,FP,'-',w_,FS,'s',w_,F

4、F,'o');grid on;legend('理論值','直接求和','FFT計算')axis(0 3 0 2);Elapsed time is 0. seconds. （理論值計算見式（1-1）Elapsed time is 10. seconds. （直接求和計算見式（1-2）Elapsed time is 0. seconds. （FFT見式（1-3）4.結(jié)果與討論由計算結(jié)果圖可以看出：用直接求和計算和FFT算法得到的結(jié)果均與理論結(jié)果吻合很好，幾乎重合；由計算所用時間可以得出：FFT算法比直接求和法具有明顯的優(yōu)勢，當N=10

5、24時，直接計算需要N=1 048 576次乘法，然而FFT算法只需要次乘法，算法次數(shù)減小自然能節(jié)約系統(tǒng)資源縮短計算時間，從而比直接求和法更實用。作業(yè)二：利用一維駐相法推導(dǎo)天線的遠場方向函數(shù)與柱面波譜，的關(guān)系式。由遠區(qū)場的表達式： 其中： 稱為場的柱面波展開波譜。下面求天線遠場的方向函數(shù)與的關(guān)系： 當時此時有：帶入（2）式求 將分為兩項：令 令 又 故 令 令 即 得可以得到 （3）由一維駐相法可知： 得 （4）將（3）（4）代上式可得：由分析可知由對稱性得I0令利用一維駐相法可得：所以 令 令利用一維駐相法可得：令 ，利用一維駐相法可得：由對稱性可知 0所以又因為 所以 故 即為所求an,b

6、n與方向函數(shù)的關(guān)系。近場天線測量實驗報告前言:近場測量是在小于最小遠區(qū)距離內(nèi)，求得天線遠場特性的測量。近場測量的優(yōu)點：所得信息量大（幅、相、極化）、測試效率高；用的是近遠場變換方法，消除了有限距離造成的誤差；減小了周圍環(huán)境的影響；可對AUT進行診斷；在室內(nèi)進行，可全天候工作，保密性好。缺點：設(shè)備復(fù)雜，對設(shè)備要求高，設(shè)備昂貴；對操作者本身要求高（理論水平、工程經(jīng)驗）。近場掃描法：在距AUT310個波長的距離上，測出天線的幅度和相位分布，應(yīng)用較嚴格的模式展開理論求出輻射場。在計算中補償了探頭的影響，因而解決了場源分布法中存在的問題。一 實驗?zāi)康谋緦嶒炛饕芯拷鼒鰷y量的平面掃描法，在AUT的輻射近區(qū)

7、，用一個已知電特性的探頭，掃描抽測一個平面上天線近場的幅相分布，然后通過嚴格的近遠場變換確定天線的遠場方向圖。同時根據(jù)經(jīng)典的扇形喇叭方向圖公式，用Matlab進行編程完成理論計算，進行比較，以對近場測量有一個感性和理性的認識。近場測量系統(tǒng)是由掃描架，天線轉(zhuǎn)臺，控制系統(tǒng)，射頻部分和系統(tǒng)軟件包組成。該實驗通過對一個標準角錐喇叭天線進行測量、理論計算、軟件仿真，進而了解近場測量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本的測量原理。二 實驗原理 如下圖所示，該實驗所使用的天線是一個標準的角錐喇叭。角錐喇叭模型圖測量系統(tǒng)原理圖如下，信號源輸出的信號直接進入定向耦合器，定向耦合器將信號分為近場測量系統(tǒng)配置圖兩路，一路作為參考信

8、號進入網(wǎng)絡(luò)分析儀，另一路進入待測天線；探頭測得的天線輻射的信號幅值傳入網(wǎng)絡(luò)分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀將兩者的比值送入計算機進行分析計算，并畫出方向圖；驅(qū)動器出來的五條線路用來控制探頭和天線的移動。理論計算公式：角錐喇叭E面方向圖和H面方向圖分別為對應(yīng)的E面扇形喇叭的E面方向圖和H面扇形喇叭的H面方向圖。E面方向圖： 其中： H面方向圖： 其中： <余弦Fresnel積分> <正弦Fresnel積分>Matlab源程序：E面方向圖clcclear%a=input('請輸入角錐輸入端寬度（H面）單位mm a=')a=23;a=a*10.(-3);%b=input(&

9、#39;請輸入角錐輸入端寬度（E面）單位mm b=')b=10;b=b*10.(-3);%D1=input('請輸入角錐口徑寬度（H面）單位mm A=')D1=238;D1=D1*10.(-3);%D2=input('請輸入角錐口徑寬度（E面）單位mm B=')D2=176;D2=D2*10.(-3);%h=input('請輸入喇叭口長度 單位mm H=')h=465;h=h*10.(-3);%f=input('請輸入工作頻率 單位MHz f=')f=9375;f=f*10.6;lamd=3*10.8/f;R2=h/(1-

10、b/D2);theta=-60:0.2:60;k=2*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;t1_1=sqrt(k/(pi*R2).*(-(D2/2)-R2.*sin(theta1);t2_1=sqrt(k/(pi*R2).*(D2/2)-R2.*sin(theta1);EE=exp(j.*(k.*R2.*(sin(theta1)./2).*F(t1_1,t2_1);FE=-j.*(a*sqrt(pi*k*R2)/8).*(-(1+cos(theta1)*(2/pi)*(2/pi).*EE);FE1=abs(FE);FE1=FE1./max(FE1);FEdB=20*log

11、10(FE1);figure(1)plot(theta,FEdB);grid ontitle('角錐喇叭E面方向圖')xlabel('Angle(theta)/ circ')ylabel('Gain(theta)')H面方向圖：R1=h/(1-a/D1);theta=-60:0.2:60;k=2*pi/lamd;theta1=theta.*pi/180;kx_1=k.*sin(theta1)+pi/D1;kx_11=k.*sin(theta1)-pi/D1;f1=kx_1.*kx_1*R1/(2*k);f2=kx_11.*kx_11*R1/(2*

12、k);t1_1=sqrt(1/(pi*k*R1).*(-(k*D1/2)-kx_1*R1);t2_1=sqrt(1/(pi*k*R1).*(k*D1/2)-kx_1*R1);t1_11=sqrt(1/(pi*k*R1).*(-(k*D1/2)-kx_11*R1);t2_11=sqrt(1/(pi*k*R1).*(k*D1/2)-kx_11*R1);FF=exp(j.*f1).*F(t1_1,t2_1)+exp(j.*f2).*F(t1_11,t2_11);FH=j.*(b/8).*sqrt(k*R1/pi).*(1+cos(theta1).*FF);FH1=abs(FH);FH1=FH1./m

13、ax(FH1);FHdB=20*log10(FH1);figure(1)plot(theta,FHdB);grid ontitle('角錐喇叭H面方向圖')xlabel('Angle(theta)/ circ')ylabel('Gain(theta)')所用子函數(shù)F：%F(t1,t2)=C(t2)-C(t1)-jS(t2)-S(t1)function y=F(t1,t2) C2=mfun('FresnelC',t2); C1=mfun('FresnelC',t1); S2=mfun('FresnelS

14、9;,t2); S1=mfun('FresnelS',t1); y=(C2-C1)-j.*(S2-S1);end三 實驗設(shè)備近場測量設(shè)備：信號源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、計算機、定向耦合器、轉(zhuǎn)臺、驅(qū)動器等等計算仿真設(shè)備：硬件電腦；軟件Matlab 7.6.0、Origin 7.0四實驗結(jié)果及討論 下面的圖給出了HFSS仿真結(jié)果與實測結(jié)果（近場測量）的對比以及理論計算（Matlab）結(jié)果與實測結(jié)果的對比。HFSS仿真結(jié)果與實測結(jié)果在-1010范圍內(nèi)基本重合；-2020的范圍內(nèi)偏差不大；角度再大，差別就較大了。而理論計算結(jié)果與實測結(jié)果在-3030的范圍內(nèi)基本重合；大于30時偏差較大。角錐喇叭E面歸一化遠場方向圖角錐喇叭H面歸一化遠場方向圖五誤差分析實測值與理論值在最大值附近的范圍內(nèi)基本重合差別很小，在此范圍之外則差別逐漸加大。誤差的導(dǎo)致可能原因：1.探頭并非理想的無反射，它的存在必然存在散射產(chǎn)生耦合，及時考慮探頭補償修改公式也只是盡可能逼近；2.抽樣取值時的間隔和對于所取值的取舍必然丟掉一些信息，掃描面被人為截斷因為無限大是不可能的，而這又必然對于實際值的提取造成偏差；3.由于機械結(jié)構(gòu)的問題可能導(dǎo)致探頭與AUT并非完全對準，而存在一小角度的偏差，且掃描面上探頭不能理想的精確定位；4.盡管暗室布滿吸波材料也不能保證