电磁兼容实验报告1-2.

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（ElectricShortDipole）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波长λ，其半径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。图3-1电基本振子的坐标电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为：22302230001sin()421cos()411sin()40rjkrjkrrjkrHHIlkHjerrIlkEjerrIlkkEAjjerrrE（2-1）电基本振子的辐射场可以分为近区场和远区场。如果kr1即（rλ/(2π)）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π/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kr1（即rλ/(2π)的区域称为远区），在此区域内，电基本振yxzlOIrEHEr子满足条件：23111()()krkrkr则远区场表达式为：sin260sin0jkrjkrrrIlHjerIlEjerHHEE（2-2）可见场强只有两个相位相同的分量（Eθ,Hφ）。根据方向函数可定义：(,,)(,)60/ErfIr（2-3）可得电基本振子的方向函数为：(,)()sinlff（2-4）根据归一化方向函数定义：maxmax(,)(,)(,)(,)EfFfE（2-5）可得电基本阵子归一化方向函数为：F(θ,φ)=|sinθ|（2-6）将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图(FileldPattern)。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fmax=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),mesh(x,y,z);把这些点之间用网格连接起来axis([-11-11-11]);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。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cos6060cos(cos)cos()()sinsin()sinjkrljkzjkrmmlIIeklklEjklzedzjer（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：()cos(cos)cos()()60/sinmEklklfIr（2-8）~lOl2az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λ=10，天线长度2L=2，画出天线方向图步骤四：输入波长λ=10，振子长度2L=4，画出天线方向图步骤五：输入波长λ=10，振子长度2L=13，画出天线方向图步骤六：输入波长λ=10，振子长度2L=15，画出天线方向图步骤七：输入波长λ=10，振子长度2L=20，画出天线方向图步骤八：输入波长λ=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matlab编程画出电基本振子空间主体方向图。lamda=input('enterthevalueofwavelength=');l=input('enteryourdipolelengthl=');ratio=l/lamda;比率B=(2*pi/lamda);theta=pi/100:pi/100:2*pi;ifratio=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)./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L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。一、实验目的：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)=Jmcos(ωt+φ)，故其相量表示是I=Jmejφ，圆环半径a比波长λ小得多，即a＜＜λ，故可假设圆环上任何地方电流的振幅和相位处处相等。该磁基本振子的偶极矩M定义为M=IS=ISz0(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lrrjkljkRdlrreIdlReIrA'|'|4'4)(|'|式中的积分严格计算比较困难，但因r′=aλ，所以其中的指数因子可以近似为并且忽略高次项，矢量磁位的近似表达式为其中后一项的积分为零于是代入AuH1可得磁基本振子的磁场为由上式可得：另外，由HjE1)(jkrrerjkrISH231cos201sin4223HerkrjkrISHjkr|'|()()[1()]jkrrjkRjkRrrjkrjkRrjkreeeeeejkRr|)((|)(21)(122)(rRjkrRkrRjkerRjkljkrljkrdleIjkrrdlIejkrrA'4|'|'4)1()(324sin4|'|'4rrmrSIerrdlIljkrejkrrISerAsin)1(4)(2磁基本振子的远区辐射场：磁基本振子的远区辐射场具有以下特点：①磁基本振子的辐射场也是TEM非均匀球面波。②)(HE。③电磁场与1/r成正比。④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*r^2;I=2e-6;a=0,b=-0.15;jkrrerrjkISkjEEE21sin200jkrjkrerISerISkHsinsin422HerISerISkEjkrjkrsinsin422[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);Hx=Hx./AH;Hz=Hz./AH;ch=linspace(min(min(Um)),max(max(Um)),200);contourf(X,Z,Um,ch,'k-');holdon;绘制矩阵的等高线plot(a,b,'ro',a,b,'r+');holdon;plot(a,-b,'ro',a,-b,'r-');holdon;title('磁偶极子的场分布');holdon;gridon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holdoffa=0