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Matlab实现矩量法计算框形天线的输入阻抗

Matlab实现矩量法计算框形天线的输入阻抗
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2.4G八木天线的制作方法

2.4G八木天线的制作方法 好长时间没有上来更新了。一则单位事儿多,没空;二则,自己心情也不太好,没兴致。上周查单子时突然发现家里的ADSL快到期了,想想邻居家里的AD是2M的,自己用不了怪可惜的,不如我跟他合用,但是距离太原,无法拉网线,从网上得知可以用无线路由器及无线网卡组件无线局域网,时间长距离的无线传输,于是在网上查找资料,研究可行性。网上这方面的资料还真不少,但是国内的资料大部分都是照抄国外的,于是直接上国外网站查找,国外无线电爱好者对于2.4G的网络研究比国内要早好多年,因此各种数据比较准确,图纸资料也比较全。2.4G的定向天线有很多种:罐头盒式,反射板式,八木天线,卫星天线,裂隙天线,螺旋天线,以及厨房用具的简单天线。根据天线的制作难易程度以及取材方面考虑,罐头盒式和反射式太简单,厨房用具的那些玩玩倒可以不实用,螺旋天线还要分左旋和右旋,卫星天线和裂隙天线太专业,手工制作不现实。最后决定制作八木天线,虽然要求精度也很高,制作精度要求不低于0.1MM,但是取材和工艺还是能满足的。 第一步选材;根据图纸计算材料,1根12MM的有机玻璃棒,市场上没有12.7MM的,这个尺寸没有问题。直径3.3的铜棒,宽4MM厚1MM的铜条,50欧--5的电缆,虽然比不上--7的电缆,但是只需要1米,效果还是能保证的。由于没有3.3的规格的铜棒,只好用3.2的铜焊条挂上一层焊锡,尺寸比较接近了。 第二步钻孔:给有机玻璃棒上钻15个孔,根据图纸用游标卡尺在有机玻璃棒上画好线,标注好孔位置,这一步很关键,孔的位置将直接影响到后续的工艺精度,钻孔时也要注意,要用台钻,一气呵成,保证所有孔在一条直线上,孔的间距要满足尺寸要求,并且孔的垂直度要保证,否则装上振子后就会发现振子不在一个平面上了。钻头用3.2MM的。 第三步制作振子:根据图纸用钢锯将振子裁好,注意尺寸稍微留长一点,然后用锉刀和砂轮将振子长度调整到标准尺寸,要求精度不小于0.1MM。主振子用铜条打磨弯形挂锡,焊上电缆待用。 第四步安装振子:由于孔是3.2MM多一点的,振子也是3.2MM多一点,因此有些振子安装上后会发现松动,无法固定在孔内,这是可以将振子上再挂点锡,用锉刀修磨到能紧配安装。主振子安装时要求距离第一个振子的位置要固定,上下位置也要固定,但是还不用用任何金属材料来固定,我是用短有机玻璃棒根据振子尺寸锯上缺口,使主振子卡在两个振子之间。 第五步装外壳:根据天线的尺寸使用相应的PVC管将之套入,两头用PVC堵头封住,电缆孔用密封胶封住。 到此为止,一个2.4G的八木天线算是大功告成,据说增益能达到15dbi,剩下的事儿就是用设备调试了。 因为还没有相中合适的设备,所以实验还要过几天做。先把部分照片放上,完全是个人爱好,不正之处欢迎拍砖。 材料

各种计算电磁学方法比较和仿真软件

各种计算电磁学方法比较和仿真软件 各种计算电磁学方法比较和仿真软件微波EDA 仿真软件与电磁场的数值算法密切相关,在介绍微波EDA 软件之前先简要的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。所有的数值算法都是建立在Maxwell 方程组之上的,了解Maxwell 方程是学习电磁场数值算法的基础。计算电磁学中有众多不同的算法,如时域有限差分法(FDTD )、时域有限积分法(FITD )、有限元法(FE)、矩量法(MoM )、边界元法(BEM )、谱域法(SM)、传输线法(TLM )、模式匹配法(MM )、横向谐振法(TRM )、线方法(ML )和解析法等等。在频域,数值算法有:有限元法( FEM -- Finite Element Method)、矩量法(MoM -- Method of Moments ),差分法( FDM -- Finite Difference Methods ),边界元法( BEM --Boundary Element Method ),和传输线法 ( TLM -Transmission-Line-matrix Method )。在时域,数值算法有:时域有限差分法( FDTD - Finite Difference Time Domain ),和有限积分法( FIT - Finite Integration Technology )。这些方法中有解析法、半解析法和数值方法。数值方法中又分零阶、一阶、二阶和高阶方法。依照解析程度由低到高排列,依次是:时域有限差分法(FDTD )、传输线法(TLM )、时域有限积分法(FITD )、有限元法(FEM )、矩量法(MoM )、线方法(ML )、边界元法(BEM )、谱域法(SM )、模式匹配法

八木天线的原理和制作

八木天線的原理和製作 八木天线(YaGi Antenna)也叫引向天线或波导天线,因为八木秀次(YaGi)教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理,所以叫做八木天线,它是由HF,到VHF,UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子(Driver Element)和若干无源振子组成,所有振子都平行装制在同一平面上,其中心通常用一铅通(也可用非金属──木方)固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线(Dipole),商品八木天线──尤其是用在电视接收时,则多用折合式半段偶极天线做有源振子,好处是阻抗较高,匹配容易频率亦较宽阔,适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下,制作较难,而宽带带亦会引入较大噪音,因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器(Reflector)和导向器(Director)两种。通常反射器的长度比有源振子长4~5%,而导向器可以有多个,第1~4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2~5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端,都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接,但在有源振子作用下,两者都会产生感应电压表,电流,其幅度各相位则与无源振子间的距离有关,亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时,电源走过的途径距离也不同,就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时,呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度,和它与有源振子的距离,便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消,而在有源振子前方上相加。同样,适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离,可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波,在加入反射器和导向器后,将沿着导各器的方向形成较强的电磁场,亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同,间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线,特点是天线的主办窄,方向系数大,整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同,间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线,特点是天线的主瓣较宽,方向系数较少,工作频带内增益不均匀(但在UHF以上波段并不明显),但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理,则可以显著地压缩副瓣,又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。

计算电磁学

电磁学: 电磁学是研究电磁现象的规衛[]应用的物理学分支学科,起源于18世纪。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学”但狭义来说是_ 门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要硏究电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的动力学等等。 计算电磁学: 内容简介: 本书在论述计算电磁学的产生背景、现状和发展趋势的基础上, 系统地介绍了电磁仿真中的有限差分法、人工神经网络在电磁建模中的应用,遗传算法在电磁优化中的应用等。 图书目录: 第一童绪论 1.1计算电磁学的产生背景 1.1.1高性能计算技术 1.1.2计算电磁学的重要性 1.1.3计算电磁学的硏究特点 1.2电磁场问题求解方法分类 1.2.1解析法 1.2.2数值法 1.2.3半解析数值法 13当前计算电磁学中的几种重要方法 13.1有限元法

1.3.2时域有限差分法 1.3.3矩量法 1.4电磁场工程专家系统 1.4.1复杂系统的电磁特性仿真 1.4.2面向CAD的复杂系统电磁特性建模1.4.3电磁场工程专家系统 第一篇电磁仿真中的有限差分法 第二童有限差分法 2.1差分运算的基本概念 2.2二维电磁场泊松方程的差分格式 2.2.1差分格式的建立 2.2.2不同介质分界面上边界条件的离散方法2.2.3第一类边界条件的处理 2.2.4第二类和第三类边界条件的处理 2.3差分方程组的求解 2.3.1差分方程组的特性 2.3.2差分方程组的解法 2.4工程应用举例 2.5标量时域有限差分法 2.5.1瞬态场标量波动方程 2.5.2稳定性分析 2.5.3网格色散误差

2.5.4举例 第三童时域有限差分法I——差分格式及解的稳定性3.1FDTD基本原理 3.1.1Yee的差分算法 3.1.2环路积分解释 3.2解的稳定性及数值色散 3.2.1解的稳定条件 3.2.2数值色散 3.3非均匀网格及共形网格 3.3.1渐变非均匀网格 3.3.2局部细网格 3.3.3共形网格 3.4三角形网格及平面型广义Yee网格 3.4.1三角形网格离散化 3.4.2数值解的稳定性 3.4.3平面型广义Yee网格 3.5半解析数值模型 3.5.1细导线问题 3.5.2增强细槽缝公式 3.5.3小孔耦合问题 3.5.4薄层介质问题 3.6良导体中的差分格式

微波课设八木天线设计

微波课设八木天线设计文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

课设报告 课程名称:微波技术与天线 课设题目:八木天线的仿真设计 课设地点:电机馆跨越机房 专业班级:信息1002班 学号: 学生姓名: 指导教师: 2013/6/27 目录 1、设计摘要 2、设计原理 3、八木天线参数选择及设计要求 4、八木天线的HFSS10仿真 (1)建立模型 (2)确认设计 (3) S参数(反射参数) (4)2D辐射远区场方向图 (5)3D Polar 5、仿真结果分析 6、实验中的问题 7、心得体会

一、设计摘要 八木天线又称引向天线,它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。其结构示意图如下,在无源振子中较长的一个为反射器,其余的均为引向器,它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。 六元八木天线示意图 八木天线中,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,以提高八木天线的输入阻抗,以便和馈电线匹配。主要作用是提高辐射能量。无源振子是若干孤立的金属杆,它与馈线和有源振子不直接相连,作用是使辐射的能量集中到天线的端向。 二、设计原理: 八木天线的工作原理是:有源振子被馈电后,向空间辐射电磁波,使无源振子中的产生感应电流,从而也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离,无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变,从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4,无源振子比有源振子短时,整个电磁波能量将在无源振子方向增强;无源振子比有源振子长时,将在无源振子方向减弱。比有源振子稍长一点的称反射器,它在有源振子的一侧,起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用;比有源振子略短的称引向器,它位于有源振子的另一侧,它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源振子长4%~5%,而引向器可以有多个,第1~4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%~5%。 本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上,设计一个六元八木天线。三、八木天线参数选择及设计要求

计算电磁学入门基础介绍

计算电磁学入门基础介绍 一. 计算电磁学的重要性 在现代科学研究中,“科学试验,理论分析,高性能计算”已经成为三种重要的研究手段。在电磁学领域中,经典电磁理论只能在11 种可分离变量坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式,最后得到解析解。解析解的优点在于: ①可将解答表示为己知函数的显式,从而可计算出精确的数值结果; ②可以作为近似解和数值解的检验标准; ③在解析过程中和在解的显式中可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值结果所起的作用。 这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时,则需要比较复杂的数学技巧,甚至无法求得解析解。20 世纪60 年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起来,并在实际工程问题中得到了广泛地应用,形成了计算电磁学研究领域,已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之,计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起来的,建立在电磁场理论基础上,以高性能计算机技术为工具,运用计算数学方法,专门解决复杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言,应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。原则上来讲,从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近几年来,电磁场工程在以电磁能量或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域中显示了重要作用。 二. 电磁问题的分析过程 电磁工程问题分析时所经历的一般过程为: 三. 计算电磁学的分类 (1) 时域方法与谱域方法 电磁学的数值计算方法可以分为时域方法(Time Domain或TD)和频域方法(Frequeney Domain或FD)两大类。 时域方法对Maxwell方程按时间步进后求解有关场量。最著名的时域方法是时域有限差分法(Finite Difference Time Domain或FDTD)。这种方法通常适用于求解在外界激励下场

调频信号八木天线制作

八木五单元FM天线的制作 发表日期:2003年12月21日出处:调频发烧作者:甘铭晓【编辑录入:飞奔】 天线是接收机捕捉信号的工具,用于远程调频广播接收的天线大部分采用八木(YAGI)天线,八木天线的单元数接影响了接收范围,单元数越多,则方向越尖锐,增益越高,直距离越远. 中国的调频广播频段为87.5-108MHZ,而电视五频道的中心频率为88MHZ,所以五频道天线基本适合于远程调频广播接收.爱好者可购五频道电视天线代用,要求高的爱好者可将五频道电视天线稍加改后用.我建议用五单元的好,它具有较高的增益,且体积不大.普通的五频道五单元八木天线才十多元,购后改动最合算. 以下我介绍我使用天线的一些处理方法: 1.天线的匹配问题,一般天线的输出为300欧,而电缆多为75欧,阻抗不同就得进行匹配,否则高频信号是很难传输的.天线匹配器多为变压器式和U型半波环式,变压器式匹配器制作较复杂,线和磁环的选取直接影响匹配系数.而U型半波环式只需一段75欧的电缆就可以了.我应用时觉得U型半波环式好些. 2.天线的调试问题,安装好天线后并不是就有立杆见影的效果,需进行调试后才有不可思义的效果.首先要确定要接收电台的方向(因为天线为定向天线),将天线引子的方向对准电台方向.用接收机试收电台,然后找相应方向的一个最弱的信号调节天线的高度,找一个信号最强的位置后将天线定住. 3.使用天线放大器应注意的问题,目前市场上的天线放大器多为两个9018组合的,由于9018的工作噪声较大,要"发烧"最好将9018改用C3358或C3355低噪管.若使用放大器时在多个频点上出现不明的数码声(音频脉冲)干扰其它电台的信号,这是传呼发射台的谐波再生造成的,是由于天线放大器的滤波器问题,最好在输入端加一个BPF(88-108MHZ滤波器),可从旧的调频收音机上拆(形状如电视6.5MHZ滤波器).亦可在第一级放大器的耦合电容前对地加一个5-45P的电容. 4.天线与电缆的接头应注意防锈,天线一般架设在天台,日晒风吹后天线接口很易生锈,这样会影响信号的传输和天线的匹配,使接收效果变差.若有天线放大器的天线极易使放大器自激,最好在天线安装时将接口涂上防锈漆. 5.电缆安装时尽量拉直不要卷在一起,引入屋后最好在刚入屋处安个插座,打雷时可很快拔下. 6.天线架设时应注意防雷,高层建筑一般都有避雷针,避雷范围是以针尖为原点与针成45度角的伞形空间,天线应在此空间内才安全. 7.天线的保养,由于天线受风吹,日晒,雨淋后很快会被氧化,有时间可一年将天线洗一次,我是一年换一付天线的.电缆的所有接口一样要用95%的酒精清洗. 8.天线的反射器,振子和引向器不能和支架导通,要用塑料隔开! 9.大部分收音头是300欧输入的,可以将收音头里的300-75欧的匹配器断开成75欧接口. 一个调频接收系统并不是有了好天线,高级电缆就有很好的接收效果.而是要在天线,电缆和接收机相互配合下才可能的.就如我们音响发烧一样,音源,功放,线材,音箱相互搭配好才有好的效果一样.我们选择接收机时应注意,目前市场上的很多收音机都不适宜进行远程调频接收,普通的微型收音机主要是设计为了能收本地和邻近电台,它在调谐的工艺上花较少的工夫,邻频处理不好,它主要花在外形设计上.普通的收音头我认为手调的要比数调的好,目前国产的普通数调收音头主要设计在它的功能上,而不是求它的高灵敏度,手调收音机是我国民族工业的成熟产品,显然普通手调收音头比数调的好.但一些国产的数调机还是不错的,已可和一些进口产品比美了.在我的使用中发现汽车调频接收机相当好,不论是手调的还是数调的,它的灵敏度和邻频处理都很好,中强度信号在0.2MHZ完全可分离,主要它是用了一体化调谐器,一体调谐器不象普通调谐一样与中放和立体声解调设计在同一块板上,而是由专业厂家另外生产的,它不论工艺还是技术都是较好的.使用WALKMEN时,我认为手调的比数调的好,比如松下,爱华,索尼的收音功

计算电磁学结课论文

《计算电磁学》学习心得 姓名:桑dog 学号: 班级: 联系方式:

前言 计算电磁学是科技的重要领域它的研究涉及到应用计算机求解电磁方程它的重要性基于麦克斯韦方程——唯一的可以描述小到亚原子大到天体尺度的所有物理现象的方程, 。而且, 麦克斯韦方程式对于结果拥有很强的预测能力: 对于一个复杂问题的麦克斯韦方程的解通常可以准确的预知实验结果。因此, 麦克斯韦方程的解对于提高我们对复杂系统之物理现象的洞察力和设计复杂系统的能力均有极大帮助所以, 成功求解麦克斯韦方程式拥有广泛的应用前景: 例如纳米技术, 电脑微电子电路, 电脑芯片设计, 光学, 纳米光学, 微波工程, 遥感, 射电天文学, 生物医学工程, 逆散射和成象等等。 这篇文章的安排如下:第一章介绍了计算电磁学的重要意义以及发展状况。第二章介绍了计算电磁学中解决问题的方法分类。第三章对主要的数值方法进行了简介。第四章展望了计算电磁学的发展趋势。

第1章计算电磁学的重要性 在现代科学研究中,“科学试验,理论分析,高性能计算”已经成为三种重要的研究手段[1]。在电磁学领域中,经典电磁理论只能在11 种可分离变量坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式,最后得到解析解。解析解的优点在于: ●可将解答表示为己知函数的显式,从而可计算出精确的数值结果; ●可以作为近似解和数值解的检验标准; ●在解析过程中和在解的显式中可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值 结果所起的作用。 这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题[2]。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时,则需要比较复杂的数学技巧,甚至无法求得解析解。20 世纪60 年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起来,并在实际工程问题中得到了广泛地应用,形成了计算电磁学研究领域,已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之,计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起来的,建立在电磁场理论基础上,以高性能计算机技术为工具,运用计算数学方法,专门解决复杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言,应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。原则上来讲,从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近几年来,电磁场工程在以电磁能量或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域中显示了重要作用。[3]

八木天线470MHZ

一、设计说明:作为电磁换能元件,天线在整个无线电通信系统中位置十分重要,质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果,可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线,八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛,它全称为“八木/宇田天线”,英文名Y AGI,是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次,在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线,八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远,并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子(也称主振子)、一个反射振子(又称反射器)和若干个引向振子(又称引向器)组成,相比之下反射器最长,位于紧邻主振子的一侧,引向器都较短,并悉数位于主振子的另一侧,全部振子加起来的数目即为天线的单元数,譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器,结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连,属于有源振子,反射器和引向器都属无源振子,所有振子均处于同一个平面内,并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。 二、系统规划传输方式:单向传输节目源:本系统电视节目包括无线电视和自办节目(一套)等。无线电视无线电视无线电视无线电视::::通过八木天线接收到的信号送到电视机,收看电视机节目。示意图如下(图一): 三、技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素,主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。A.输入阻抗在谐振状态,天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50 ,如果天线输入阻抗也是50 ,那就达到了“匹配”,就能将天上的信号全部接收下来,所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67 ,二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍,当加了引向器、反射器后,阻抗关系就变得复杂起来了,总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多,且八木各单元间距大则阻抗高,反之阻抗变低,同时天线效率降低。有资料介绍,引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低,0.2-0.25时阻抗高,效率提高。这

八木天线制作教程

八木天线制作教程 八木天线是一种引向天线,由一个有源振子和多个无源振子放臵在同一平面上,并且垂直于连接它们中心的金属杆。一般一个无源振子为反射器,其余的无源振子为引向器。因为金属杆通过振子上的压波节点,并垂直于天线,所以,金属杆对天线的近场影响很小。而有源振子必须与金属杆绝缘。 通过下表的数据可以看到,八木天线的增益高于垂直天线及偶极天线。(摘自《天线与电波传播》,北方交通大学徐坤生、蒋忠涌编著) 天线形式反射器数引向器数有源振子数方向性系数 偶极0010dB 二单元八木1013~4.5dB 二单元八木0013~4.5dB 三单元八木1116~8dB 四单元八木1217~10dB 五单元八木1319~11dB 从上表上可知,八木天线的单元越多,方向性越强。但是单元的增加不与方向性成正比。单元过多时,导致工作频带变窄,整个天线尺寸也将偏大。 在短波波段,波长较长,自制八木天线比较困难,在超短波波段(V/U),因波长短,可以比较方便的自制低成本的八木天线。 八木天线的数学计算复杂,不过很多工程或理论书籍都给出它的尺寸,只要依照这些数据,就可以自制出一副不错的YAGI!五单元八木天线的尺寸如图1

如果自制四单元八木天线,只要不安装引向器D就可以,天线也会显得小巧一点。如果想做成七单元,在上图的基础上加两个引向器单元,长度分别是半波长的84%,82%。新加的单元的间隔仍是波长的0.2倍。 我做的70CM波段八木天线,最初是四单元的,各个振子及其连接的金属杆,用BG4RUV提供的铜焊条(直径2.5mm)制成。大约一个月后,买了一段2米长,直径4mm的铜条,又制了一可拆卸的四单元八木天线(找到一段矩形铜管作为连接各个振子的支杆,各个振子均用螺丝与支杆固定,便于携带)。第一支天线的谐振点比预计的中心频率(435兆赫)低了约2兆赫,但在430至440兆赫内的SWR不高,最低的SWR〈1.1,最高的SWR也不大于1.4。第二支天线的SWR在整个70CM频段内的起伏不大,最高约1.2。后来,我对这支可拆卸的天线作一些改动,利用剩下的材料又作成三个引向器,就这样我的这支天线既可以拼装成四单元八木天线,也可以拼装成七单元八木。如果想做一支八木天线,但不要求方向性强,可以试试,动手做一支三单元八木天线。在此给处其尺寸(图2)。

计算电磁学

计算电磁学 计算电磁学是指对一定物质和环境中的电磁场相互作用的建模 过程,通常包括麦克斯韦方程计算上的有效近似。计算电磁学被用来计算天线性能,电磁兼容,雷达散射截面和非自由空间的电波传播等问题。 计算电磁学的主要思想有,基于积分方程的方法,基于微分(差分)方程的方法,及其他模拟方法。 1.基于积分方程的方法 1.1 离散偶极子近似(discrete dipole approximation,DDA) DDA是一种计算电磁波在任意几何形状物体上散射和吸收的方法,其表达式基于麦克斯韦方程的积分形式。DDA用有限阵列的可极化点来近似连续形式的物体。每个点通过对局部电场的响应获得对应的偶极子矩量,然后这些偶极子通过各自的电场相互作用。因此,DDA 有时也被认为是耦合偶极子近似。这种线性方程的计算一般采用共轭梯度迭代法。由于离散矩阵的对称性,就可能在迭代中使用FFT计算矩阵的向量乘法。 1.2 矩量法(Method of Moments,MoM ),边界元法(Boundary Element Method,BEM ) MoM和BEM是求解积分形式(边界积分形式)的线性偏微分方程的数值计算方法,已被应用于如流体力学,声学,电磁学等诸多科技领域。自从上世纪八十年代以来,该方法越来越流行。由于只计算边界值,而不是方程定义的整个空间的数值,该方法是计算小表面(体

积)问题的有效办法。从概念上讲,它们在建模后的表面建立网格。然而对于很多问题,此方法的效率较基于体积离散的方法(FEM,FDTD)低很多。原因是,稠密矩阵的生成将意味着存储需求和计算时间会以矩阵维数的平方律增长。相反的,有限元矩阵的存储需求和计算时间只会按维数的大小线性增长。即使可以采用矩阵压缩技术加以改善,计算成功率和因此增加的计算复杂性仍强烈依赖问题的本质。 BEM可用在能计算出格林函数的场合,如在线性均匀媒质中的场。为了能使用BEM,需要对问题有很多限制,使用上不方便。 以下是运用MoM的计算程序:Vector Fields Ltd Concerto、CST MICROWAVE STUDIO、Numerical Electromagnetic Code (NEC)、Sonnet Lite、FEKO 1.3 快速多极子法(Fast Multipole Method,FMM ) FMM是一种可以替代MoM的电磁计算方法,其效率比MoM的计算效率更高,也更准确,而且对内存和处理运行时间的要求比MoM小很多。FMM基于多极子展开技术,并首先被Greenyard和Rokhlin提出。 2.基于微分(差分)方程的方法 2.1 时域有限差分(FDTD) FDTD是计算电磁学中广泛应用的一种方法,很容易理解和软件实现。由于它是时域方法,求出的解将涵盖很宽的频率范围。 FDTD属于一类基于网格的时域差分数值建模方法。麦克斯韦方程被改写成中心差分方程,并在软件中离散实现。方程的求解采用蛙跳

木天线的原理和制作tm

八木天线的原理和制作 八木天线(YaGi Antenna)也叫引向天线或波导天线,因为八木秀次(YaGi)教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理,所以叫做八木天线,它是由HF,到VHF,UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子(Driver Element)和若干无源振子组成,所有振子都平行装制在同一平面上,其中心通常用一铅通(也可用非金属──木方)固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线(Dipole),商品八木天线──尤其是用在电视接收时,则多用折合式半段偶极天线做有源振子,好处是阻抗较高,匹配容易频率亦较宽阔,适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下,制作较难,而宽带带亦会引入较大噪音,因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器(Reflector)和导向器(Director)两种。通常反射器的长度比有源振子长4~5%,而导向器可以有多个,第1~4 个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2~5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端,都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接,但在有源振子作用下,两者都会产生感应电压表,电流,其幅度各相位则与无源振子间的距离有关,亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时,电源走过的途径距离也不同,就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时,呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度,和它与有源振子的距离,便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消,而在有源振子前方上相加。同样,适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离,可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波,在加入反射器和导向器后,将沿着导各器的方向形成较强的电磁场,亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同,间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线,特点是天线的主办窄,方向系数大,整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同,间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线,特点是天线的主瓣较宽,方向系数较少,工作频带内增益不均匀(但在UHF以上波段并不明显),但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理,则可以显着地压缩副瓣,又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。

八木天线的设计方案

八 木 天 线 设 计 方 案 指导老师:宋烨 单位:长沙航空职业技术学院

组员分工(见表一): 表一 背景分析: 在当今社会中天线不仅仅只是应用在电视接收系统中应用,而在很多电子产品都用到天线,比如(对讲机、无线路由器、手机等),所以掌握天线的知识,对以后做别的无线产品开发打下了很好基础,本次制作八木天线可以掌握无线通讯的原理和相关只是。 关键词:八木天线 一、设计说明: 作为电磁换能元件,天线在整个无线电通信系统中位置十分重要,质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果,可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线,八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛,它全称为“八木/宇田天线”,英文名YAGI,是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次,在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线,八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远,并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子(也称主振子)、一个反射振子(又称反射器)和若干个引向振子(又称引向器)组成,相比之下反射器最长,位于紧邻主振子的一侧,引向器都较短,并悉数位于主振子的另一侧,全部振子加起来的数目即为天线的单元数,譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器,结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连,属于有源振子,反射器和引向器都属无源振子,所有振子均处于同一个平面内,并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。

在无线通讯中八木天线占据了很重要的位置,对于我们刚刚进入无线电的初学者来说,掌握八木天线的原理和安装是非常必要的。 二、系统规划 传输方式:单向传输 节目源: 本系统电视节目包括无线电视和自办节目(一套)等。 无线电视: 通过八木天线接收到的信号送到电视机,收看电视机节目。示意图如下(图一): (图一) 自办节目: 本系统自办节目采用DVD播放或摄像机录制节目播放等方式。 三、技术参数 天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素,主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。 A.输入阻抗 在谐振状态,天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω,如果天线输入阻抗也是50Ω,那就达到了“匹配”,就能将天上的信号全部接收下来,所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。 二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67Ω,二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍,当加了引向器、反射器后,阻抗关系就变得复杂起来了,总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多,且八木各单元间距大则阻抗高,反之阻抗变低,同时天线效率降低。有资料介绍,引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低,0.2-0.25时阻抗高,效率提高。这是阻抗的变化范围约在5-20Ω间。

矩量法作业(DOC)

矩量法是将连续方程离散为代数方程组的方法,此法对于求解微分方程和积分方程均适用。本文以直立的线天线为例,详细介绍了矩量法的基本思想及原理、基函数以及检验函数的选择,系统阐述了直立的天线的双位积分方程的建立过程,最后利用矩量法求解双位积分方程、使用matlab编程实现得到直立的天线上的电流分布。本文采用λ的线天线的频率是,采用矩量法所选用的基函数是正弦函数,检验函数是 函数。 关键字:线天线;矩量法;双位积分方程

引言 计算电磁学被广泛地定义为一门内在和常规地应用数字计算机来获得电磁问题的数值结果的科学。主要有两个类别:数值方法和高频或渐进方法,通常数值方法用于天线或散射体的尺寸在一个波长到几十个波长量级的场合; 矩量法数学本质是一种求解线性方程的方法,在电磁场数值计算方面得到了广泛的应用。上世纪60年代,哈林登(Harrington)首先将矩量法应用于电磁场领域。对于辐射问题,是将含有未知电流的积分方程化为矩阵方程,通过求解该矩阵方程得到天线上的电流分布。在现代电磁工程中对于边界不复杂的问题可用解析法得到精确解, 较复杂的边值问题,用解析法不能得到解答, 需用数值法, 如: MOM、FEM(有限元法)、 FDTD(时域有限差分法)等。矩量法是一种误差最小的方法且相对其他的算法来说是一种相对简单高效的方法。对于天线问题可以建立描述天线表面感应电流的积分方程,求出该电流即可进一步得到天线的辐射特性。 在矩量法分析过程中,有多种不同的积分方程可供选择,如双位积分方程、Hallen积分方程、Pocklington积分方程、Schelkunoff积分方程、响应积分方程等,这些积分方程一般应用于细的线天线,即假设电流只沿天线轴线流动,忽略天线周向电流和端面径向电流。本文采用双位积分方程,应用矩量法直立的线天线进行深入的分析,并在计算过程中对积分奇异项进行处理,不但简化了数值分析的复杂性,而且大大地减小了计算量并提高其精度。 矩量法的基本原理 矩量法的基本思想 矩量法(Method of Moments, MoM)是一种将连续方程离散化为代数方程组的方法,对求解微分方程和积分方程均适用。矩量法是基于频域方程的,它的基本思想是将一个泛函方程化为矩阵方程并求解该方程。由于求解过程中需要计算广义矩量,故得名。矩量法包括如下三个基本过程: (1)离散化过程主要目的是将算子方程化为代数方程,具体步骤是:①在算子L定义域内适当的选择一组线性无关的基函数fn;②将待求函数f表示为该组基函数的线性组合;③利用算子的线性,将算子方程化为代数方程。

2米0.7米八木天线制作

2米四单元和0.7米十二单元天线制作(DIY) 随着“中国无线电运动协会”(简称CRSA)的宣传力度加大,使越来越多的业余无线电爱好者获得了业余电台五级以上《操作证书》和《电台执照》。目前开台使用V/U段设备的朋友还是多数,作本地HAM 通信架设一简易的“J”型天线就足够了。如果要想和百公里之外的HAM作QSO,用手持5W功率对讲机那就得制作一架多单元八木定向天线。《无线电》《实用无线电》等杂志也曾介绍过不少八木天线的制作方法,在这里把我使用的两架八木天线制作经过介绍给你,以供你参考。 首先准备两根较结实的长145CM,宽4CM、厚2.5CM的直木条,用作天线横梁(本人用的是槐树锯的木条,也可以用其它结实的杂树木材、有条件的朋友可以用胶木棒)。25MM角铁、长40CM 和60CM 各一段(有条件的用;无条件的可以不要,但架设的难度增大且安全性能下降)。Φ8—12MM铜管(铝管或不锈钢管都可以)长8.5M ,胶木板宽40MM ×长90MM×厚5MM 两块(无条件的可以不用), Φ6MM×长40MM 螺丝四颗(栓和帽、也可以用铆钉铆或铁丝固定),Φ3MM×长40MM螺丝44颗(栓和帽、也可以用铆钉铆或铁丝固定),NXO—100环形磁环一只(中国无线电运动协会CQ杂志封底北京天路达电讯器材研究所有售);在磁环上用Φ1MM漆包线三股并联穿绕三匝、首尾相接,用于2M振子作阻抗匹配器(巴伦)使用,20CM长50Ω同轴电缆一段(本人用50---5);用于0.7M振子作阻抗匹配器使用。下面单介绍2M(145MHZ) 天线制作过程(0.7M制作方法相同)。 按图中所示尺寸截好引向器、振子、反射器的长度,然后用弯管器(维修制冷设备的专用工具)把折合振子弯成如图所示。如找不到弯管器,可以采用在管子内灌上细沙子,一定要灌实,找一棵直径约7CM园木或树干,在上面慢慢弯成U形即可。把60CM长的角铁按图示尺寸做成“L”型(直角形)。折合部用电焊或氧气焊牢。把折合振子开口在木条上的对应处用锯条锯一宽40CM;深5MM槽,放入胶木板(主要是加固振子在木条上不受强风吹动、增加机械强度)。然后用φ3MM钻头在木条上把所有固定点钻上孔,同样在引向器,振子,反射器对应点钻上孔,用螺丝加垫片固定好。在折合振子开口处焊上阻抗匹配器,输出端焊上一只“M”座(固定的天线横梁上,可以不焊“M”座,直接把馈线焊接在匹配器输出端);用自攻螺丝固定在木条上,接上馈线、串入驻波表、接上2M收发信机,测试驻波比。最好用大一点功率台机(本人调试用的是BG6ACL的TM231车载台)。此时,如果驻波比大于1.5;可以调整馈线在天线架上的位置或阻抗匹配器的匝数,本人用50W功率输出时驻波比为1.2,25W以下功率输出时,驻波比为1(驻波比为1不一定表示天线的增益就是最好)。 0.7M(430—440MHZ)天线制作方法和2M(144—148MHZ)相同,尺寸见图。这里主要注意阻抗匹配器接线,U形匹配器两端外屏蔽层(金属网)短接起来后和馈线屏蔽层相接,U形匹配器两端的芯线分别和折合振子开口两端相接。测试驻波比如果大于1.5,可以改变阻抗匹配器的在天线横梁上的位置或者馈线位置均可使驻波比达到理想值(本人调试用的是BD6CP的TM421车载台)。 2000年5月5日上午8点30分,我用制作的2M四单元八木天线在145.470MHZ参与江苏、浙江、安徽三省V/U段远距离通信试验。在淮南市罗山(约150M高)用功率25W、通联到江苏连云港的BD4XF 等HAM朋友、RS互报在57-59,我们空中直线距离约600KM。8点45分和合肥BD6AR/QSO/59、9点和淮北BD6AO/QSO/59。 2001年1月2日我让BD6CP,BD6CX帮忙,把2M天线架设在我居住的门邻二层楼上,用一根6M长的1英寸铁管架设起来,平地高度约有15M,杆子用废电话线三方固定,馈线用两段15M长50—9铜轴电缆(三层屏蔽、芯线直径2MM,BD4AGN帮助购买),当晚18点30分至18点40分,我用C150手持机(144.870MHZ)在淮南八公山和合肥BG6DE、BD6AR等HAM朋友进行QSO;RS均为55,后改用TM231台机效果接近,我们直线距离在100KM左右。 2001年3月20日我把天线方向对准西北方,早晨6点40分,我在144.870MHZ和亳州BG6CL,BG6CZ 做了QSO、RS均为59。在6点50分至7点零5分和山东曹县BG4IDI,BG4IDG作了QSO、RS在55/58,我们之间空中直线距离超过540KM,这是多么激动的空间通信距离啊。 后用铝管再次制作一架0.7M架二楼顶对着合肥方向,保持和合肥HAM长期做QSO。 近几年来我们淮南HAM开展业余无线电野外V/U段通信活动几乎都使用这两架天线,效果比较理想。祝您也取得DIY成功!愿我们在V/U段频率上通联到更远更多HAM朋友!

计算电磁学数值方法的探究

计算电磁学数值方法的探究 13208-2 许嘉晨 摘要:本文介绍了计算电磁学数值求解方法的研究进展和状态,对几种富有代表性的算法做了介绍,并比较了各自的优势和不足,其中包括矩量法、有限元法以及时域有限差分方法。关键词:电磁学数值求解、矩量法、有限元法、时域有限差分法。 1引言 计算电磁学是指基于麦克斯韦方程组,建立逼近实际问题的连续型数学模型,合理地利用理想化或工程化假设,准确地给出问题的定解条件(初始条件、边界条件),然后采用相应的数值计算方法,经离散化处理,将连续型数学模型转化为等价的离散型数学模型,应用有效的代数方程组解法,求解出该数学模型的数值解(离散解)。再经各种后处理过程,得出场域中任意点处的场强,或任意区域的能量、损耗分布,以及各类电磁参数值等,以达到理论分析、工程判断和优化设计等目的。对计算天线性能,电磁兼容,雷达散射截面和非自由空间的电波传播等问题具有深刻意义。本文将介绍计算电磁学的研究进展,并重点探究矩量法、有限元法以及时域有限差分方法的基本思路和特点。 2计算电磁学发展 1864年,Maxwell在前人理论和实验的基础上建立了统一的电磁场理论,并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律,这就是Maxwell方程组。笼统而言,所有的宏观电磁问题都可以归结为Maxwell 方程组在各种边界条件下的求解问题。从整个电磁理论发展的过程来看,可以大概地把它分为2个阶段。20世纪60年代以前可以称为经典电磁学阶段。在这个时期,电磁场理论和工程中的许多问题大多采用解析或渐进的方法进行处理,即在11种可分离变量的坐标系中求解Maxwell方程组或其退化形式,最后得到解析解。这种方法能够得到问题的准确解,而且计算效率比较高,但适用范围较窄,只能求解具有规则边界的简单问题,对任意形状的边界则无能为力或需要很高的数学技巧。20世纪60年代以后以基于积分方程的矩量法和基于微分方程的差分类方法为代表的数值计算方法的运用标志着计算电磁学阶段的到来,当然这也得益于电子计算机的迅速发展,使大型数值计算成为可能。相对于经典电磁学而言,数值方法几乎不再受限于边界的约束,能解决各种类型的复杂问题。经过几十年世界各国学者的研究和发展,计算电磁学已成为现阶段电磁理论的主要组成部分。当然这种划分也不是绝对的,经典电磁理论的研究也一直在进行着,它是计算电磁学的理论基础,没有它,计算电磁学也不可能得到蓬勃的发展。 计算电磁学之所以能取代经典电磁学而成为现代电磁理论研究的主流,主要得益于计算机硬件和软件的飞速发展以及计算数学的丰富成果。计算机内存容量不断增大,计算速度不断提高,软件功能不断强大,计算方法不断改进,再加上并行计算机的使用,使得我们能解决的电磁问题越来越大,越来越复杂,因此计算电磁学已经被广泛应用于诸如天线、雷达、电磁兼容等各种电磁领域,具有巨大的实用价值。 3 计算电磁学数值方法概述 当前电磁学研究领域十分广泛,电磁学问题的数值求解方法从求解方程的形式看,可以分为两大类,一类是以电磁场问题的积分方程为基础的数值方法——积分方程法(IE),如:矩量法、直接积分法、等效源法、边界元法等;另一类是以电磁场问题的微分方程为基础的数值方法——微分方程法(DE),如:有限差分法、有限元法等。

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