(毕业论文 页数:32 字数:13126)摘要:基于MATLAB研究了对称振子阻抗特性和图形仿真，同时针对对称振子阻抗特性给出了仿真的MATLAB程序。对于复杂的正弦积分和冗长的公式，都可以通过简单的编程实现仿真。仿真结果表明，半波振子和全波振子都是比较常用的天线，且半波振子的方向性系数更好一些。从图形的角度来说，所得方法对于各类天线阻抗仿真及误差描述都有积极的意义。

关键词：对称振子天线；阻抗特性；输入电阻；输入电抗；MATLAB
ABSTRACT

This paper presents a method to simulate impedance characteristic of symmetrical dipole with MATLAB. At the same time, a program of simulating impedance of symmetrical dipole is given. Then for complicated sine integral and prolix formulae, the study on symmetrical dipole can be easily solved by MATLAB. The simulation results show that half wave dipole and full wave dipole are all predominant, besides half wave dipole has a better directivity coefficient. From the view of simulation, the results gained here will benefit to the simulation of input impedance and error description of other antennas.

Keywords: matlab; impedance characteristic; input resistance; input reactance; antenna

目录

摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1天线的发展简史 1
1.2天线的应用及研究现状 2
1.3天线领域及与其他学科的关系 3
第2章 天线基础知识 4
2.1 天线的作用与地位 4
2.2 对称振子 4
2.3 天线的方向性的讨论 5
2.3.1 天线方向性 5
2.3.2 天线方向性增强 5
2.3.4 波瓣宽度 6
2.4 天线的输入阻抗Zin 6
第3章 对称振子的辐射电磁场 7
3.1麦克斯韦方程组形成过程 7
3.2正弦电磁场的位函数 9
3.3滞后位与推迟位 10
3.4电流元的辐射 11
3.4.1电流的模型 11
3.4.2电流元的电磁场 12
3.5对称振子的辐射场 13
第4章 对称振子阻抗特性仿真结果及分析 15
4.1MATLAB仿真方案 15
4.2对称振子的阻抗分析 15
4.2.1辐射功率及辐射电阻 15
4.2.2阻抗匹配 17
4.2.3输入阻抗 19
4.3对称振子的方向性系数 21
第5章 总结 23
致谢 25
参考文献 26
附录1 程序代码 27

第1章 绪论

1.1天线的发展简史
自赫兹和马克尼发明了天线以来，天线发展至今经历了100多年的时间，天线在社会生活中的重要性与日俱增，如今已成不可或缺之势。天线无处不在：家庭或工作场所，汽车或飞机里，船舶、卫星或航天器的有限空间内，甚至可以有步行者随身携带。它的发展简史可以从下列方面介绍一下。天线是人们见闻世界的耳目，是人类与太空的联系，是文明社会的组成要素。
1886年德国卡尔斯洛工学院的赫兹教授建立了第一个天线系统，其发射天线是两根30cm长的金属杆，杆的终端连接两块40cm正方形的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线，这样的设备如今可描述为工作在米波波长的完整无线电系统，其中采用了终端加载的偶极子作为发射天线，并采用了谐振方环作为接收天线。此外，赫兹还用抛物面反射镜天线做过实验。虽然赫兹是一位先驱者和无线电之父，但他的发明只停留在实验室阶段。1901年12月中旬，意大利波隆那一位20岁的研究者马克尼在赫兹的系统上添加了调谐电路，为较长的波长配备了大的天线和接地系统，并在纽芬兰的圣约翰斯接收到发自英格兰波尔多的无线电信号，实现了远洋通信，其发射天线为50根下垂铜线组成的扇型结构，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个高150英尺，相距200英尺的塔上，电火花放电式发射机接在天线和地之间。这可认为是真正使用的一副单极天线。一年后，马可尼又不顾侵犯电缆公司横跨大西洋通信垄断权的诉讼，开始了正规的无线电通信服务。在20世纪初叶，能出现象马可尼的无线电那样举世瞩目的发明，是属罕见。随后，由于“共和国号”和“泰坦尼克号”海难事件，马可尼的发明戏剧性地表现出在海事上的价值，为马可尼赢得了普遍的敬佩和赞赏。因为在无线电问世之前，船舶在海上是完全孤立的，当灾难来袭时，即使是岸上或邻近船舶上的人也无法给予提醒。
早期无线电的主要应用是长波远洋通信，因此天线的发展也主要集中在中长波段上。自1925年以后，中、短波无线电广播和通信开始实际应用，各种中、短波天线得到迅速发展。1940年前后，有关长、中、短波线状天线的理论基础成熟，主要的天线形式一直沿用至今。第二次世界大战期间雷达的出现，厘米波得以普及，无线电频谱才得到了更为充分的利用。第二次世界大战以后的30多年是无线电电子学飞速发展的时代，微波中继通信、散射通信、电视广播的迅速发展，特别是20世纪50年代后期，人类进入太空时代，对天线提出了许多新的要求，出现了许多新的新型天线。
如今，数以千计的通信卫星正负载着天线运行于近地轨道、中高度地球轨道和对地静止轨道。静地卫星如同土星的光环围绕图形那样围绕着地球。手持的全球定位卫星接收机能够为任何地面或空中的用户不分昼夜晴雨地提供经度、纬度和高度的信息，其精确度达到厘米级。载有天线阵的探测器在地面系统的指挥下，已经访问了太阳系的行星背后。探测器用厘米波发回的照片和数据，其信号单程就经历了五个多小时。现有的射电望远镜天线工作于毫米到千米的波长，接收来自百亿光年之遥天体信号。
天线为飞机和船舶提供必不可少的通信联络。移动电话和所有类型的无线器材都借助天线为人们提供对任何地点与任何人的通信。随着人类活动向太空扩展，对天线的需求也将增长到史无前例的程度。

1.2天线的应用及研究现状
电磁波可以用一条传输线来传送，然而，如果采用了天线那就不再需要任何的传输设备。对于收发路径R，它能量损失将和1/R^2成正比，至于采用传输线还是天线有很多因素要考虑。概括地说，低频短距通信中通常采用传输线，但是高频因其带宽具有更大的吸引力，随着距离的增大和频率的升高，采用传输线的能量损失和成本将变大，于是采用天线更加有利。一个值得注意的例外是光纤，因其具有非常小的损耗，传输线的优点是抗干扰，另外还可以通过铺设新光纤获得更大的带宽。
在许多应用中，必须使用天线，例如，移动通信涉及飞机、宇宙飞船、舰船、陆上交通工具都需要使用天线；对于广播电台、电视台，一个传输终端可以支持不限数量的接收用户，而这些用户可能是移动中的，此时通常要采用天线；同时，寻呼机、蜂窝移动电话等需要使用天线的个人通信器材也很常见。
此外天线还有很多非通信的应用，这些应用包括遥感和工业应用。遥感系统既可以有源也可以无源，并且各自接收来自物体的散射和固有辐射，接收信号经过处理后产生关于物体或环境的信息；工业应用包括利用微波烹饪和烘干等。
尽管传统类型的天线在将来仍会继续使用，新的使用要求将引发天线系统的革命。例如，更多的通信需求将导致个人通信系统的产生。在这个系统中，每个人都可以携带一个小型无线电台在世界各地使用，而不必通过传输线连接。