近場(chǎng)天線測(cè)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(jì)算出，并與理論計(jì)算結(jié)果比較，并比較兩種方法所用時(shí)間。1. 已知 求 直接積分： (1-1)當(dāng)很大時(shí)，取時(shí)， 故近似認(rèn)為當(dāng)時(shí)，即可以近似認(rèn)為f（x）是一個(gè)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(jì)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(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果')legend('理論值','FFT計(jì)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(jì)算')axis(0 3 0 2);Elapsed time is 0. seconds. （理論值計(jì)算見(jiàn)式（1-1）Elapsed time is 10. seconds. （直接求和計(jì)算見(jiàn)式（1-2）Elapsed time is 0. seconds. （FFT見(jiàn)式（1-3）4.結(jié)果與討論由計(jì)算結(jié)果圖可以看出：用直接求和計(jì)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(jì)算所用時(shí)間可以得出：FFT算法比直接求和法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)N=10

5、24時(shí)，直接計(jì)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(jì)算時(shí)間，從而比直接求和法更實(shí)用。作業(yè)二：利用一維駐相法推導(dǎo)天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向函數(shù)與柱面波譜，的關(guān)系式。由遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的表達(dá)式： 其中： 稱(chēng)為場(chǎng)的柱面波展開(kāi)波譜。下面求天線遠(yuǎn)場(chǎng)的方向函數(shù)與的關(guān)系： 當(dāng)時(shí)此時(shí)有：帶入（2）式求 將分為兩項(xiàng)：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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)性可知 0所以又因?yàn)?所以 故 即為所求an,b

6、n與方向函數(shù)的關(guān)系。近場(chǎng)天線測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告前言:近場(chǎng)測(cè)量是在小于最小遠(yuǎn)區(qū)距離內(nèi)，求得天線遠(yuǎn)場(chǎng)特性的測(cè)量。近場(chǎng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：所得信息量大（幅、相、極化）、測(cè)試效率高；用的是近遠(yuǎn)場(chǎng)變換方法，消除了有限距離造成的誤差；減小了周?chē)h(huán)境的影響；可對(duì)AUT進(jìn)行診斷；在室內(nèi)進(jìn)行，可全天候工作，保密性好。缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，設(shè)備昂貴；對(duì)操作者本身要求高（理論水平、工程經(jīng)驗(yàn)）。近場(chǎng)掃描法：在距AUT310個(gè)波長(zhǎng)的距離上，測(cè)出天線的幅度和相位分布，應(yīng)用較嚴(yán)格的模式展開(kāi)理論求出輻射場(chǎng)。在計(jì)算中補(bǔ)償了探頭的影響，因而解決了場(chǎng)源分布法中存在的問(wèn)題。一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)主要研究近場(chǎng)測(cè)量的平面掃描法，在AUT的輻射近區(qū)

7、，用一個(gè)已知電特性的探頭，掃描抽測(cè)一個(gè)平面上天線近場(chǎng)的幅相分布，然后通過(guò)嚴(yán)格的近遠(yuǎn)場(chǎng)變換確定天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。同時(shí)根據(jù)經(jīng)典的扇形喇叭方向圖公式，用Matlab進(jìn)行編程完成理論計(jì)算，進(jìn)行比較，以對(duì)近場(chǎng)測(cè)量有一個(gè)感性和理性的認(rèn)識(shí)。近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是由掃描架，天線轉(zhuǎn)臺(tái)，控制系統(tǒng)，射頻部分和系統(tǒng)軟件包組成。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)角錐喇叭天線進(jìn)行測(cè)量、理論計(jì)算、軟件仿真，進(jìn)而了解近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本的測(cè)量原理。二 實(shí)驗(yàn)原理 如下圖所示，該實(shí)驗(yàn)所使用的天線是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的角錐喇叭。角錐喇叭模型圖測(cè)量系統(tǒng)原理圖如下，信號(hào)源輸出的信號(hào)直接進(jìn)入定向耦合器，定向耦合器將信號(hào)分為近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置圖兩路，一路作為參考信

8、號(hào)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀，另一路進(jìn)入待測(cè)天線；探頭測(cè)得的天線輻射的信號(hào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，并畫(huà)出方向圖；驅(qū)動(dòng)器出來(lái)的五條線路用來(lái)控制探頭和天線的移動(dòng)。理論計(jì)算公式：角錐喇叭E面方向圖和H面方向圖分別為對(duì)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(qǐng)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(qǐng)輸入角錐輸入端寬度（E面）單位mm b=')b=10;b=b*10.(-3);%D1=input('請(qǐng)輸入角錐口徑寬度（H面）單位mm A=')D1=238;D1=D1*10.(-3);%D2=input('請(qǐng)輸入角錐口徑寬度（E面）單位mm B=')D2=176;D2=D2*10.(-3);%h=input('請(qǐng)輸入喇叭口長(zhǎng)度 單位mm H=')h=465;h=h*10.(-3);%f=input('請(qǐng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備近場(chǎng)測(cè)量設(shè)備：信號(hào)源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、計(jì)算機(jī)、定向耦合器、轉(zhuǎn)臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器等等計(jì)算仿真設(shè)備：硬件電腦；軟件Matlab 7.6.0、Origin 7.0四實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論 下面的圖給出了HFSS仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果（近場(chǎng)測(cè)量）的對(duì)比以及理論計(jì)算（Matlab）結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比。HFSS仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)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(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果在-3030的范圍內(nèi)基本重合；大于30時(shí)偏差較大。角錐喇叭E面歸一化遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖角錐喇叭H面歸一化遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖五誤差分析實(shí)測(cè)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(wú)反射，它的存在必然存在散射產(chǎn)生耦合，及時(shí)考慮探頭補(bǔ)償修改公式也只是盡可能逼近；2.抽樣取值時(shí)的間隔和對(duì)于所取值的取舍必然丟掉一些信息，掃描面被人為截?cái)嘁驗(yàn)闊o(wú)限大是不可能的，而這又必然對(duì)于實(shí)際值的提取造成偏差；3.由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的問(wèn)題可能導(dǎo)致探頭與AUT并非完全對(duì)準(zhǔn)，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(mǎn)吸波材料也不能保證