微波課設(shè)八木天線設(shè)計(jì)

1、課設(shè)報(bào)告 課程名稱： 微波技術(shù)與天線 課設(shè)題目： 八木天線的仿真設(shè)計(jì) 課設(shè)地點(diǎn)： 電機(jī)館跨越機(jī)房 專業(yè)班級(jí)： 信息1002班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2013/6/27目錄1、設(shè)計(jì)摘要2、設(shè)計(jì)原理3、八木天線參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求4、八木天線的HFSS10仿真（1）建立模型（2）確認(rèn)設(shè)計(jì)(3) S參數(shù)（反射參數(shù)）（4）2D輻射遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向圖（5）3D Polar5、仿真結(jié)果分析6、實(shí)驗(yàn)中的問題7、心得體會(huì)一、 設(shè)計(jì)摘要八木天線又稱引向天線，它由一個(gè)有源振子及若干無源振子組成的線形端射天線。其結(jié)構(gòu)示意圖如下，在無源振子中較長(zhǎng)的一個(gè)為反射器，其余的均為引向器，它被廣泛應(yīng)用于米波、分米波波段的通

2、信、雷達(dá)、電視、及其它無線電系統(tǒng)中。六元八木天線示意圖八木天線中，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，以提高八木天線的輸入阻抗，以便和饋電線匹配。主要作用是提高輻射能量。無源振子是若干孤立的金屬桿，它與饋線和有源振子不直接相連，作用是使輻射的能量集中到天線的端向。二、設(shè)計(jì)原理：八木天線的工作原理是：有源振子被饋電后，向空間輻射電磁波，使無源振子中的產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而也產(chǎn)生輻射。改變無源振子的長(zhǎng)度及其與有源振子之間的距離，無源振子上的感應(yīng)電流的幅度和相位也隨著改變，從而影響有源振子的方向圖。若無源振子與有源振子之間的距離小于/4，無源振子比有源振子短時(shí)，整個(gè)電磁波能量將在無

3、源振子方向增強(qiáng)；無源振子比有源振子長(zhǎng)時(shí)，將在無源振子方向減弱。比有源振子稍長(zhǎng)一點(diǎn)的稱反射器，它在有源振子的一側(cè)，起著消弱從這個(gè)方向傳來的電波或從本天線發(fā)射去的電波的作用；比有源振子略短的稱引向器，它位于有源振子的另一側(cè)，它能增強(qiáng)從這一側(cè)方向傳來的或向這個(gè)方向發(fā)射出去的電波。通常反射器的長(zhǎng)度比有源振子長(zhǎng)4%5%,而引向器可以有多個(gè)，第14個(gè)引向器的長(zhǎng)度通常比有源振子順序遞減2%5%。本設(shè)計(jì)就是基于八木天線的基本理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)六元八木天線。三、 八木天線參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求根據(jù)上述八木天線基本理論的介紹，我們可以知道引向器越多，方向越尖銳、增益越高，但實(shí)際上超過四、五個(gè)引向器之后，這種“好處

4、”增加就不太明顯了，而體積大、自重增加、對(duì)材料強(qiáng)度要求提高、成本加大等問題卻漸突出。通常情況下有一副五單元八木（即有三個(gè)引向器，一個(gè)反射器和一個(gè)有源振子）就夠用了。因此，我們選用了一個(gè)比較合適的參數(shù)范圍，其參數(shù)如下：其工作頻率為f=300MHz； 1，參數(shù)的選擇：=c/f=1m；2lref=0.5，2ldri=0.47，2l1=2l2=2l3=2l4=0.43；Ddri=0.3，d1=d2=d3=0,30，dref=0.25；振子直徑2a=0.0052。2，設(shè)計(jì)要求：利用HFS10仿真軟件對(duì)此組數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并分析其遠(yuǎn)輻射場(chǎng)特性以及S曲線，并繪制其方向圖。四、 八木天線的HFSS10仿真1，建

5、立模型： 模型細(xì)節(jié)：八木天線實(shí)物仿真2，確認(rèn)設(shè)計(jì)：確認(rèn)設(shè)計(jì)3、S參數(shù)（反射參數(shù)）：4、2D輻射遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向圖（1）phi=0deg時(shí)： （2）phi=90deg時(shí)：（3）phi=180deg時(shí)：5、3D Polar： 五、仿真結(jié)果分析可知，天線工作的諧振頻率在550MHz附近，與實(shí)際設(shè)計(jì)要求f=300MHz有一定的偏差。在實(shí)驗(yàn)中已知振子直徑2a=0.0052m。為了實(shí)現(xiàn)八木天線與同軸線之間的阻抗匹配。通過添加了附加平衡段平衡器balun來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。在以上工程中balun的半徑r=0.0037m,長(zhǎng)度l=0.25m。六、實(shí)驗(yàn)中的問題：1、 建模出錯(cuò)：第一次建模時(shí)未能正確畫出讓Arm_2與Bal

6、un連接的L1與L2。讓我在空歡喜的等待了2小時(shí)的，建模的結(jié)果當(dāng)然也是不符合要求。其反射系數(shù)曲線和2D輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如下：（雖然在425MHz時(shí)，衰減到了10dB以下，但是由于其工作頻帶過窄，不能正常工作，不符合要（2）修改模型以后（未修改U2半徑）。反射系數(shù)曲線圖如下：（不符合要求）七、心得體會(huì)當(dāng)初選擇八木天線作為自己的課設(shè)題目時(shí)，以為工作量再大，那又能大到哪里去。結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)的過程中，也體會(huì)到了做八木天線的難度。建模其實(shí)沒什么難度，難的是在每次修改平衡器Balun的半徑r以后，一運(yùn)行就得等上3小時(shí)左右。而且修改半徑以后也不能確定結(jié)果是否符合要求。不過，在不斷地修改與嘗試過程中，我對(duì)八木天線和仿真軟件HFSS也有了更多的認(rèn)識(shí)，比如總結(jié)了一下一些常用快捷鍵，如：Ctrl+D:最佳角度觀看模型；Shift+鼠標(biāo)：水平移動(dòng)模型；Alt+鼠標(biāo)：旋轉(zhuǎn)模型；Shift+Alt+鼠標(biāo)：放大縮小模型；Alt+雙擊坐標(biāo)軸：平