电磁兼容实验报告1-2.docx

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1、电磁兼容实验报告学院：信息科学与工程学院班级：姓名：学号：一、实验目的：通过 MATLAB编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响二、实验环境：MATLAB软件三、实验原理：1电基本振子的辐射电基本振子（ Electric Short Dipole 导线，其长度 l 远小于波长，其半径）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直a 远小于 l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。zE rHIrElOyx图 3-1 电基本振子的坐标电基本振子在无限大

2、自由空间中场强的表达式为：H r0H0HIlsin( j k12 )ejkr4rrErIl2k1)ejkr（ 2-1）4cos(j0r 2r 3EIl1Asin( j k 2kj 1 )ejkr40rr 2r 3E0电基本振子的辐射场可以分为近区场和远区场。如果kr<<1即（ r<< /(2 ) ）的区域称为近区，近区场的另一个重要特点是电场和磁场之间存在/2的相位差，于是坡印廷矢量的平均值为0，能量在电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，所以近区场也称为感应场，本实验不涉及。本实验计算的远区场kr>>1 （即 r>> /(2 ) 的区域称为远

3、区） ，在此区域内， 电基本振子满足条件：111kr(kr )2(kr )3则远区场表达式为：Hj Ilsinejkr2rEj 60Il sine jkr（ 2-2）rH rHErE0可见场强只有两个相位相同的分量（E ,H ）。根据方向函数可定义：f ( ,)E(r ,)60 I / r（ 2-3）可得电基本振子的方向函数为：f ( ,)f ( )l sin（ 2-4）根据归一化方向函数定义：F ( ,f ( ,)E ( ,)（ 2-5）), )Emaxf max (可得电基本阵子归一化方向函数为：F( , )=|sin |（ 2-6）将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图(FileldPa

4、ttern)。方向图就是与天线等距离处， 天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。依据归一化方向函数而绘出的为归一化方向图。在实际中， 工程上常常采用两个特定正交平面方向图。在自由空间中， 两个最重要的平面方向图是 E 面和 H 面方向图。 E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H 面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。方向图可用极坐标绘制，角度表示方向，矢径表示场强大小。sita=meshgrid(eps:pi/180:pi);产生格点矩阵一种矢量格式fai=meshgrid(eps:2*pi/180:2*pi)'f=abs(sin(sita);绝对值f

5、max=max(max(f);a=linspace(0,2*pi);从 0到 2 派按线性分 50 个点， 50 没写，是默认的f=sin(a);subplot(1,1,1),polar(a,abs(f);title('电基本振子E平面 ');建立子图电极sita=meshgrid(eps:pi/180:pi);fai=meshgrid(eps:2*pi/180:2*pi)'f=abs(sin(sita);fmax=max(max(f);x,y,z=sph2cart(fai,pi/2-sita,f/fmax);用法球坐标转化直角坐标图线图像subplot(1,1,1),

6、mesh(x,y,z);把这些点之间用网格连接起来axis(-1 1 -1 1 -1 1);用来设置 axes 的样式，包括坐标轴范围，可读比例等title('电基本振子空间主体方向图');2 对称阵子的辐射对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为 l 。两臂之间的间隙很小，理论上可忽略不计，所以振子的总长度L=2l 。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。O2azll图 3-2对称振子结构及坐标图由教材可知对称阵子辐射场为E ( ) j 60 I m ejkrsin k(l z )ejkz cosdz j 60I m c

7、os(kl cos ) cos(kl ) e jkrsinlrlsin（ 2-7）根据方向函数的定义，对称振子以波腹电流归算的方向函数为：E ()cos(kl cos )cos(kl )f ( )（ 2-8）60I m / rsin上式实际上也就是对称振子E 面的方向函数四、实验内容及步骤：根据电基本阵子、对称振子的方向函数，利用MATLAB编程并画出其方向图。步骤一：编写 MATLAB程序，并保存为*.M 文件（ * 代表文件名自起）步骤二在 MATLAB中打开编写的 *.M 文件，阅读并分析整个程序，分析每条语句的作用，学习每个命令函数的用法。 将程序中的内容和原理部分相对照， 找出所编写

8、程序的理论依据， 分析程序为什么对公式这样处理。步骤三输入波长 =10，天线长度2L=2，画出天线方向图步骤四：输入波长 =10，振子长度2L=4，画出天线方向图步骤五：输入波长 =10，振子长度2L=13，画出天线方向图步骤六：输入波长 =10，振子长度2L=15，画出天线方向图步骤七：输入波长 =10，振子长度2L=20，画出天线方向图步骤八：输入波长 =10，振子长度2L=30，画出天线方向图步骤九：与图 3-3 进行比较， 体会振子长度对方向图的影响，方向图发生了哪些变化？分析为什么常用天线多为半波偶极子天线和全波偶极子天线？将实验过程及结果连带分析总结写入实验报告。步骤十：用 mat

9、lab 编程画出电基本振子空间主体方向图。lamda=input('enter the value of wave length=');l=input('enter your dipole length l=');ratio=l/lamda;比率B=(2*pi/lamda);theta=pi/100:pi/100:2*pi;if ratio<=0.1E=sin(theta);En=abs(E);polar(theta,En)elsef1=cos(B*l/2.*cos(theta);f2=cos(B*l/2);f3=sin(theta);E=(f1-f2).

10、/f3;En=abs(E);polar(theta,En)end天线长度为 2时的方向图天线长度为 4时的方向图天线长度为 13时的方向图天线长度为 15时的方向图天线长度为 20时的方向图天线长度为 30时的方向图对称振子空间主体方向图五、实验小结熟悉了 MATLAB的基本使用方法及简单编程。通过 MATLAB编程，熟悉电基本阵子和对称阵子的辐射特性，了解影响对称阵子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响。当导体长度为四分之一的波长的整数倍时，该导体在该波长的频率上呈谐振特性，对电基本阵子及对称阵子辐射有了深入的了解。不仅巩固了在课上所学的知识，同时也为以后的学习和应用打下了基础。L一、实验目的

11、：通过 MATLAB编程，熟悉磁基本振子的辐射特性二、实验环境： MATLAB软件三、实验原理磁基本振子就是理想的磁偶极子， 如图 1所示。任何载流细导线回路L 都可看成一个磁偶极子。注意回路L 不能翘曲，即回路 L 应该是某任意平面内的闭合曲线。当 L 趋于零，就过度到理想磁偶极子。 磁基本振子如下图1所示，是一个在 x y 平面上半径为a 的细导线小圆环。导线的线径可忽略，导线上电流可用线电流近似。圆环上载有高频时谐电流i( t) = Jmt +)，故cos (j 其 相 量 表 示 是 I =Jme ，圆环半径 a 比波长 小得多，即 a ，故可假设圆环上任何地方电流的振幅和相位处处相等

12、。该磁基本振子的偶极矩M 定义为 M= IS= IS z0( 1) 式中，I 是复数表示的电流， S 是回路 L 的有向面积，S 的方向与L 的绕向满足右手螺旋关系。因为 S 在 x y 平面，且逆时针转，故S 的方向就是坐标轴z 的正方向 Z0。要求解图 1 所示的磁基本振子 m 辐射的电磁场可以先求出 m 产生的矢量位 A，然后求磁场强度 H 和电场强度 E。根据图 1，磁基本振子 m 产生的矢量位 A 为IejkRA ( r )ldl '4RIejk | r r '|4l | rdl 'r '|式中的积分严格计算比较困难，但因 r =a<<，所

13、以其中的指数因子可以近似为eevve jkRe jk ( R r r )e jkr e jk ( R r )e jkr 1jk (R r )jk |rr '|jk ( R r )1jk ( R r )1 k 2 ( R r ) 2(| jk ( Rr |)2并且忽略高次项，矢量磁位的近似表达式为其中后一项的积分为零A(r ) (1 jkr )e jkr Idl 'jk I e jkrdl '4l | r r '|4lIdl 'SImr4l | r r '|e4r 2 sin4r 3于是A(r )eIS(1 jkr ) sin e jkr4r 2代

14、入 Hu 1A可得磁基本振子的磁场为由上式可得：H rIS cos1jke jkr2r 3r 2HIS sin1jkk 2e jkr4r 3r 2rH0另外，由 E( j) 1HEr0E0Ej ISk sinjk1e jkr2rr 2磁基本振子的远区辐射场：EISk2sine4 rHISk2sine4rjkrIS sine jkrH2 rjkrIS sine jkr2 r磁基本振子的远区辐射场具有以下特点： 磁基本振子的辐射场也是TEM非均匀球面波。E。(H) 电磁场与 1/ r 成正比。 与电基本振子的远区场比较， 只是 E、H 的取向互换， 远区场的性质相同。其标量磁位为：直角坐标系中可以

15、确定空间任意一点P 的坐标与距离 R 的关系：四、实验内容及步骤：根据磁基本阵子的方向函数，利用MATLAB编程并画出其方向图。步骤一：编写 MATLAB程序，并保存为 *.M 文件（ * 代表文件名自起）步骤二：运行，得到仿真图步骤三：将仿真程序以及仿真图像写入实验报告clear;clf;r=0.001;清除图形s=pi*r2;I=2e-6;a=0,b=-0.15;X,Z=meshgrid(-2:0.1:2);R=sqrt(X.2+Z.2);平方根cos=Z./R;Um=I*s*cos./(4*pi*R.2);Hx,Hz=gradient(-Um);梯度AH=sqrt(Hx.2+Hz.2);

16、Hx=Hx./AH;Hz=Hz./AH;ch=linspace(min(min(Um),max(max(Um),200);contourf(X,Z,Um,ch,'k-');hold on;绘制矩阵的等高线plot(a,b,'ro',a,b,'r+');hold on;plot(a,-b,'ro',a,-b,'r-');hold on;title('磁偶极子的场分布 ');hold on;grid on画图的时候添加网格线quiver(X,Z,Hx,Hz,0.5);使用箭头绘制矢量图hold offa =0