天線相位中心

天線的相位中心天線的相位中心概念：天線所輻射出的電磁波在離開(kāi)天線一定的距離后，其等相位面會(huì)近似為一個(gè)球面，該球面的球心即為該天線的等效相位中心。一、天線等效相位中心的坐標(biāo)的推導(dǎo)：1、利用遠(yuǎn)場(chǎng)格林函數(shù)公式，可以得到磁矢勢(shì)的表達(dá)為4rc|r-r4rc|r-r2、對(duì)方程(1)在整個(gè)求解空間進(jìn)行積分，可以得到遠(yuǎn)場(chǎng)電場(chǎng)的表達(dá)式為E(r)二卜-匚E#二卡:亍[一=:.r-i';j；(2)方程⑵中的「表示輻射源的坐標(biāo)，即確定「的坐標(biāo)可得等效相位中心點(diǎn)坐標(biāo)。3、如果方程(2)中和電場(chǎng)相關(guān)量都是已知的，我們就可以分別確定.的u二分量。對(duì)于電場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的相位，可以表示為：寸；三⑴=-<.-比在直角坐標(biāo)系下，矢量i：可以表示為：「：=：：：：「-丁：訂-二二4、在x-z平面，電場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的相位可以表示為屮(B)=k-[xQsin0+z0cos9]+(3)5、對(duì)方程(3)的左右兩邊同乘以二再對(duì)三在0到-的范圍內(nèi)進(jìn)行積分，由于三角函數(shù)的正交性，消去了和匸相關(guān)的分量，得到表達(dá)式QV(0)cosBdB=Qkz0cos26d8=kz0中(4)6、波數(shù)=2-f.■■：-，其中「是自由空間的光速，f是天線的工作頻率，我們可以得到「的表達(dá)式為

%二簽爐(町心血⑸我們只需要將暗室測(cè)試所得到的電場(chǎng)相位寸；門(mén)，代入方程⑷，就可以確定出i：的Z方向分量，即相位中心的二坐標(biāo)。7、和確定「的方法類(lèi)似，我們可以分別得出「的；和廠分量的表達(dá)式，也即確定了天線等效相位中心點(diǎn)的坐標(biāo)。最終的相位中心表達(dá)式如下所示坐標(biāo)取值范圍截面表達(dá)式0<<?r9=90c0%=1^(ip>COSipdtpy0-72<^<Vz9=90Ya=2fJ'FCcp^sincpdcp0<<?r<p=0奄=仇片J二、天線等效相位中心的程序?qū)崿F(xiàn)上面的分析中，我們已經(jīng)得到了等效相位中心的X,y,z坐標(biāo)公式，只需要將微波暗室得到的遠(yuǎn)場(chǎng)相位數(shù)據(jù)在相應(yīng)的面上導(dǎo)出，代入軟件中計(jì)算即可得出相位中心坐標(biāo)結(jié)果。該軟件采用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)，可在安裝了MATLAB的MCRinstaller工具環(huán)境下運(yùn)行。以下是使用新益技術(shù)SY24系統(tǒng)測(cè)量天線輻射數(shù)據(jù)，采用該軟件計(jì)算中心頻率為940MHz的一款dipole天線相位中心結(jié)果如下圖所示：.O.9G3/2/20169:42PMO.81G3/2/20169:42PM.O.3SG3/3/2016S:59AM.O.93G3/2/20169:42PM文怦.O.94G3/2/20169:42PM*O.95G3/2/20169:42PM.O.98G3/2/20169:42PM_ceniter.txt3/3/20169:01AM文本文欄址phase_cent曰r,ex曰3/2/201610:05...圖一軟件及多頻段相位數(shù)據(jù)Jcenter.txt-本(0.0011396,-0.0016339,0.085258)m(-0.0013227,-0.0019707,0.081452)id(0.00095786,-0.0012627,0.061417)m(-0.0026582,-0.0015243,0.065216)m(0.00077285,-0.00054409,0.053712)m(-0.002162,-0.0020738,0.064573)m文件舊編輯〔日梧式Q)瞬M(0.0011396,-0.0016339,0.085258)m(-0.0013227,-0.0019707,0.081452)id(0.00095786,-0.0012627,0.061417)m(-0.0026582,-0.0015243,0.065216)m(0.00077285,-0.00054409,0.053712)m(-0.002162,-0.0020738,0.064573)mFrequency=O.SIGHe^PhaseCenterPositionFrequency=0.88GHz,PhaseCenterPositionFrequency=0.9SGHz,PhaseCenterPositionFrequency=0.94GHz,PhaseCenterPositionFrequency=0.9EGHe^PhaseCenterPositionFrequency=0.98GHz,PhaseCenterPosition1_Frequency^O.SGHzjPhaseCenterPosition=(-0.00225063-0.0011222^0.069423)ro

圖二軟件自動(dòng)輸出的txt文本結(jié)果三、天線等效相位中心程序的準(zhǔn)確性驗(yàn)證對(duì)于等效相位中心程序的正確性，我們可以通過(guò)電磁仿真軟件HFSS求得的相位中心坐標(biāo)結(jié)果對(duì)比來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。接下來(lái)，我們將通過(guò)HFSS建立的dipole天線模型和雙頻wifi天線模型的仿真結(jié)果來(lái)驗(yàn)證。1x3.0GHzdipole天線驗(yàn)證在HFSS中建立如圖所示的偶極子天線模型，以驗(yàn)證該方法計(jì)算天線等效相位中心的準(zhǔn)確性。將偶極子天線中點(diǎn)(等效相位中心)放在(3mm,4mm,0.88mm)處。XYPlot1Cunekid<]L=46mm場(chǎng)積分設(shè)置,H——；————-分別用于計(jì)算天線相位中心的X,XYPlot1Cunekid<]L=46mm場(chǎng)積分設(shè)置,H——；————-分別用于計(jì)算天線相位中心的X,等效相位中心巾二｛340.88)mm在HFSS中添加遠(yuǎn)標(biāo)。X坐標(biāo)的設(shè)置如下圖所示,設(shè)置積分范圍和步長(zhǎng)即可。y,y,z坐標(biāo)設(shè)置類(lèi)似，只需要在相應(yīng)的截面上得到的相位中心結(jié)果如下圖所示?？傻玫降南辔恢行慕Y(jié)果如下圖所示?？蒬ipole-HFSSDesignl-xTheta[deg]integ(cang_deg(rEThet鼠吃創(chuàng)piA2*3E9}*tos(phi))Set叩1:LastAdaptiveFreq^GHi-190.0000000.002979■3dipo-le-HFSSDesignl-yTheta[deg]integ(cang_deg(rETheta}*cQ/(piA2*3E9}*sin(phi))Set叩1:La^tAdaptiveFreq=3GHZ90.0000000.003927?2dipole-HFSSDesignl-zinteg(cang_deg(rETIieta}*c繃piA2*3E9}*co5{Theta))Phi[deg]Setupl:La^tAdaptiveFreq^aGHi-通過(guò)對(duì)結(jié)果對(duì)比，我們可以知道HFSS利用等效相位中心公式求出的中心坐標(biāo)仏=(2.979,3.927,0.765)mm。接下來(lái)我們將HFSS得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出來(lái)，利用phase-center程序計(jì)算仿真數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證程序的可行性。DataTable2(ang_ra.d{rETheta))[rad]Phi[deg]Setup1:LastAdaptive"Freq=3GHz*Theta^deg10.2500001.7706900.5000001.7717920.7500001.7720091.0000001.7739S21.2500001.7750691.5000001.7761521.7500001.7772302.0000001.77B3C32.2500001.7793712.5000001.7BC4332.7500001.7B14913.0000001.7B25443.2500001.7B3592將導(dǎo)出來(lái)的數(shù)據(jù)第一列換算成弧度制之后，存為相位中心程序可以讀取的文本格式，程序計(jì)算出來(lái)的結(jié)果如下。從上圖給出的結(jié)果我們可知，使用MATLAB編寫(xiě)的相位中心計(jì)算軟件算出來(lái)的結(jié)果和HFSS算出來(lái)的結(jié)果吻合，證明了該軟件計(jì)算上的正確性。2、雙頻wifi天線驗(yàn)證接下來(lái)將對(duì)雙頻WiFi天線的HFSS和相位中心軟件的計(jì)算結(jié)果的對(duì)比來(lái)證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。雙頻天線的模型和仿真結(jié)果如下圖所示。

該天線在2.45GHz和5.3GHz分別有一個(gè)諧振點(diǎn)，相位中心的計(jì)算過(guò)程和dipole天線一樣，兩個(gè)頻點(diǎn)的相位中心結(jié)果如下圖所示。XTheta[deg]integ(cang_deg(rETfieta}^p產(chǎn)2*2.45￡9吃帖(Phi))Setup1:LastAdaptiveSL=14mm'SL1=4.25mm'SS=3.5mm'SW="2mm'Freq="2.45GHZ190.0000000.022591L)twofreq-HFSSDesignl-yTheta[deg]integfcang_deg{rEThEta}*c(M(p產(chǎn)Z*2.45E9}勺in{Phi))Setup1:LastAdaptiveSL=14mm-SL1=4.25mm-SS=3.5mm-SW^mm-Freq^^GHi-190.0000000.001743o_freqo_freq-HFSSDesignl-zPhi[deg]integ(cang_deg{rETfieta^cO/(p1^2*2.45E9}*co5(theta))Setup1:LastAdaptiveSL=14mm-SL1=4.25mm-SS=3.5mm-SW^mm-Freq^.^GHz-O.OWOOO0.039109■j]twojreq-HFSSDesignl-xTheta[deg]integ(cang_deg[rEThet町訶p陀阪3圖住。蟲(chóng)Phi))S?tup2:LastAdaptiveFreq^B.SGHi-190.000000-0.C26754E]twojreq-HFSSDesignl-yyTheta[deg]integ(cang_deg{rETheta}*c(M(piA2*5.3E9}*5in{Phi))Setup2:LastAdaptiveFreq^S.SGHz-190.000000-0.D0B061'twcijyq-HFSSDesignl-Zz1Phi[deg]integ(cang_deg(rETheta}*cO/(piA2*5.3E9}*cos(Uneta))Setup2:LastAdaptiveFreq=5.3GHz,0.0000000.017357用相位中心軟件將HFSS的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到下圖的結(jié)果。兩組結(jié)果的對(duì)比表面，只要導(dǎo)入的遠(yuǎn)場(chǎng)相位數(shù)據(jù)正確，該軟件就能算出正確的天線相位中心。CommandWJndowFileEditDebugDesktopWindowHelpNewtoMATILAB?WatchthisseeDEmo