余弦脉冲激励大电流辐射器的辐射特性

余弦脉冲激励大电流辐射器的辐射特性 第1章 绪论 本章介绍了余弦脉冲激励大电流辐射器的辐射特性研究的课题背景，发展状况和本文的内容安排。通过本章，可以了解本设计课题在现实生活中的意义，以及相关技术的发展状况。 1.1 课题来源 自从20世纪前后无线电工程诞生以来，电磁波辐射、接收、传播理论与技术几乎完全建立在正弦波概念的基础之上。其原因是:在正弦波的前提下求解麦克斯韦方程组会相对容易一些。然而，正弦波理论与技术存在两大缺陷，一是实际信号并非无限延伸的周期性信号(只能是有限连续的周期正弦信号或非正弦信号)，从而导致其传输特性与理论分析结果具有一定误差;二是现代科技的发展(如雷达导航、隐身于反隐身技术等)需要科技工作者探讨(性能更加优秀的)非正弦波的应用。 从数学上来讲，非正弦波仅是麦克斯韦方程组的特解，其他形式的非正弦电磁波是麦克斯韦方程组的通解。因此，非正弦电磁波天线的研究更具有普片性和实用性。 自从20世纪80年代，美国天主教大学H.F.Harmuth教授相继发表了三部专著《非正弦电磁波的传播》、《非正弦波雷达与无线电通信》、《非正弦波天线与波导》以来，关于非正弦电磁波的研究越来越受到世界各国科学家的关注。 本课题重点研究短天线在各种非正弦脉冲激励下的辐射特性，通过比较分析其优劣，为实际应用提供理论依据。 在现代的天线发射和接受理论中，都是以标准正弦波作为激励信号来进行研究的，但是在实际情况中，激励信号多是以非正弦信号进行研究的，例如:矩形脉冲、三角波等非标准正弦波。所以研究非正弦波作为激励信号电偶极子天线的辐射特性具有十分重要的现实意义。 1.2 题目要求 自学非正弦大电流辐射器的有关理论;根据指定的指标及要求，推求辐射场;分析功率辐射效率与驱动器内阻、天线长度等参量的变化关系;分析辐射电场的频域特 性;技术指标: 用余弦脉冲电压激励，对应的时变量为: ,t2()cos()ut,U(0,t,,T) (1(1) 2,T 有关参数为: ;;天线(辐射器)长度;驱动电源内阻: U,1V,T,10nsl,0.1m ;驱动电流源内电导:。 10,,,0.1,10S,,0.01SGR00 技术要求利用计算机仿真辐射电场的时域波形及幅频特性曲线及功率辐射效率曲线。 1.3 课题的思路 本文共分6章。第1章绪论，首先介绍了本次设计的课题背景，然后介绍了非正弦大电流辐射器技术的发展状况。第2章对非正弦波大电流辐射器辐射场通解的的分析。对任务明确之后，才能更加准确的进行设计。接着阐述了的设计，对方案进行了详细的分析。第3章阐述了非正弦大电流辐射器的特解，了解非正弦波为余弦脉冲时大电流辐射器的辐射场。第4章是对非正弦大电流辐射器频域的分析。第5章阐述了非正弦波大电流辐射器在电流源驱动和电压源驱动下的辐射特性研究。第6章则是对各个程序进行调试、分析，解决出现的各种问题。之后，对本次毕业设计做出了总结并给出了重要结论，最后做出了社会经济效益分析。 1.4 设计方案 本方案采用matlab进行编程，推求出电压为余弦激励的辐射场后利用matlab仿真辐射电场的时域波形及功率辐射效率曲线。本课题的类型属于计算和 R理论型，课题需要推导出大电流辐射器的辐射场并绘制辐射效率与内电阻(或驱0 G动电流的内电导)及天线长度l的变化关系，并用计算机绘制相应的时变曲线，0 完成课题是利用麦克斯韦方程组和电磁场辐射的基本理论结合边界条件及技术指标在计算机的环境下求解相应的电磁场及辐射效率，在完成课题过程中除了涉及到高等数学的微积分外还涉及到如何绘制与辐射效率相应的曲线。 第2章 非正弦波大电流辐射器辐射场的通解 2.1 基本方程 2.1.1 空气区域中的麦克斯韦方程组 使用国际单位制*以矢量符号表示的麦克斯韦方程有如下形式: ,,,,D,，H,J， (2.1) ,t ,,,B,，E,, (2.2) ,t , ,,D,,v (2.3) , ,,B,0 (2.4) ,,v,,,J,, (2.5) ,t ,,,,电场强度和磁场强度用自由空间中的电位移矢量和磁感应强度的两个EHDB 式子来表示相互的关系: ,,,, ， (2.6) D,,EB,,H00 ,,其中是自由空间中的磁导率，是自由空间中的介电常数。为了研究电磁波00 Z,,的传播，常用波阻抗和光速代替更为简便: c000 1/2Z,，，,,,377, 00O ,128，，c,,,,3，10ms 00 Z10,,， (2.7) ,,00Zcc0 2.1.2 时变电磁场的位函数 , 由式(2.4)可定义矢量位A为 ,,,, (2.8) ,，A,B,,H,ZHc00 把式(2.8)代入式(2.2)中，可定义标量位为 , ,,,A,,,E，, (2.9) ,t,矢量位与标量位满足洛伦兹，即 ,A ,,,1, ,,A, (2.10) 2,tc 2.1.3 位函数方程及其解 当满足洛伦兹规范时，位函数满足如下微分方程 ,2,,ZA1,20AJ (2.11) ,,,,22cct, 2,1,2,Zc, ,,,, (2.12) 022ct, ,,,,,,,rr,，，Jr',t，，t,r',t给定场源分布[及，为源点的位置矢径，]时，在位置、时r,V 刻位方程的解为 ,,,ZJr',tRcdv',，，,0Ar,t，， (2.13) ,,,,v4,cR ,Zcr',tRcdv',,，，,0r,t，， (2.14) ,,,,,v4R, ,,,，，R,r,r'式中:代表源点到场点的距离，积分对源点坐标进行。 r' ,，，t',t,Rc式(2.13)和(2.14)表明:场源在位置、时刻的变化(行为)，需要r' ,rt,Rc,t,t'延迟一段时间()才能导致位置、时刻的场的变化(行，，t,t'，Rcp ,rtt,t,t',Rc为)，所延迟的时间间隔为，才能引起位置，时刻场的相应变化，p ,,r这正是电磁波以速度c由源点传播到场点所需要的时间。 r' 2.2非正弦大电流辐射器的结构设计 2.2.1 非正弦波大电流辐射器设计原则 对于由金属导线构成的非正弦波天线而言，若天线的长度z足够小，以使天线上的电流基本保持同步变化，则称其为短天线或短辐射器。对短辐射器的辐射特性的研究结果表明:当天线电流的时变波形确定之后，增大电流的振幅可以有效地增加其辐射功率。因此，在驱动电压一定的前提下，研制大电流短辐射器就显得尤为重要。美国天主教大学 H.F.Harmuth教授提出了两种大电流短辐射器的基本模型，但由于其结构复杂且不对称，使得相应的理论分析陷入困境(只能分析某些特殊场点的辐射特性 )，从而也限制了其工程应用。所以提出了一种大电流辐射器结构，它具有馈电容易，结构简单且对称等优点，能够在较小的驱动电压作用下产生较大的天线电流，而且便于理论分析和工程应用。 2.2.2 非正弦波大电流辐射器的结构设计 容易馈电结构简单且高度对称应为设计大电流短辐射器重点考虑的要素。图2.1给出一种大电流短辐射器的基本结构。它的主体由具有圆柱对称性及上下对称性的不)金属圆柱壳构成，其横截面最大直径a应小于轴向尺l。在图2.1的阴影区( 域填充吸收材料(如铁氧体材料)，用以吸收内侧金属圆柱壳上电流所辐射的能量。为保证辐射器系统结构的高度对称性，应使用同轴线馈电，图2.2即为馈电同轴线的几 ,,何结构图。馈电时,应使馈电同轴线的馈电端()与辐射器的馈电端(图l所示a,b 金属圆柱壳内部中心位置(A——B))吻合相接。当用同轴线馈电时，由于系统结构具有圆柱对称性及上下对称性，最终将在外侧金属圆柱壳中形成具有圆柱对称分布的(沿轴向流动的)体电流。注意到a《l,则当l足够小,以使电流(沿轴线)基本保持同步变化时，系统可等效为短辐射器，如图2.2所示。由于本系统构成了(由金属导体组成的)导电回路,因此,较小的驱动电压即可形成很大的天线电流，并且在系统的任何位置都没有电荷的积累。从而，图2.1所示的系统可视为一种大电流辐射器。 图2.1 一种大电流辐射器的结构图 图2.2 馈电同轴线结构图 2.3非正弦大电流辐射器理论分析 2.3.1 非正弦波大电流辐射器(数学)等效模型 图2.3 系统的等效模型 2.3.2 非正弦波大电流辐射器矢量位和标量位 RR,J(r,t)i(t),,l,u,ucc002,,ˆ A(r,t)dVzdz,,,,lv,,,4R4R2 ,,,,,(R,r,r,r,zz,r)利用辐射场条件(r >>l)，近似有;,,ulrlr,0Art,zit,,zit,ˆˆ(,)()() ,rc,crc44 当天线电流以t=0为初始时刻时，有 ,,,rll,ˆˆˆˆˆ (2.15) Artzitr,,,itrA,A(,，),(),(,cos，sin)(),，r,ccrcr44,, u10,c,式中:为波的传播速度，,为波阻抗。由于系统不存在电荷积累， ,u,000 所以标量位为零， r,即 (2.16) ,(r,t，),0 c 2.4非正弦波大电流辐射器的辐射场 辐射电磁场: ,r,,,A(r,t，),r,A,cˆˆE(r,t，),,,,,,,,(,rcos,，,sin,); c,t,t ,litd()ˆˆ (2.17) rE,E,，r,crt4d, ,,,E,r1lsindi(t),,ˆˆˆ,,,，,,，,,,H(r,t)AH (2.18) ,,,cu4crdt0 2.5非正弦波大电流辐射器的坡印亭矢量 坡印亭定理的物理意义即外界经闭合曲面S流入V内的全部电磁功率等于V内导体的焦耳热(功率)与V内的电磁场能量的时间增加率之和——电磁场中的能量守恒定律。 S为电磁功率流面密度矢量即坡印亭矢量: ,,rrr,,, S(r,t，),E(r,t，)，H(r,t，) ccc 22,1di(t)lsindi(t)，，，，ˆˆ,,,,,sincos，，r，= ,,,,4,dt4,dt，，，， rr,,,ˆ (2.19) ,,S(r,t，)，rS(r,t，)r,cc 第3章 非正弦波大电流辐射器的特解 3.1 余弦脉冲电压激励时的电流 3.1.1 求解大电流辐射器的功率 r,式(2.15)一 式(2.19)表明:天线电流在f时刻的变化，将于时刻影t(,t，) c,ˆˆ位置的辐射场，即电磁波(及其所携带的能量)沿方向传播。因此，辐射响到r,rrr , ˆS功率应由的方向分量来决定。取以辐射器几何中心(对应于图2.3的坐标原点)为r , S球心，以r为半径的球面(S)为积分曲面，将坡印亭矢量() 在该球面上作面积分, 即得辐射功率为 ,,r (3.1) PrtSS(,，),,d,,,Sc 22,ldi(t),2,,，，2,,,Srsindd,, (3.2) r,,2,,,,00,,dt6,c，， 3.1.2 非正弦波大电流辐射器电流的通解 由资料知道对于任何天线，其有用功率即辐射功率为: 2Zldi(t)20P,,() (3.3) ,2dt,6c 2Zldi(t)20P,u(t)i(t)P,,(),u(t)i(t)又因为，所以可建立关系式，这是,,2dt,6c i(t)i(t)一个关于的微分方程，解这个微分方程可以求出。 2Zldi(t)u(t)i(t)di(t)220,m()设为常数，则m,(),u(t)i(t)，,，所以2dtmdtc6, 11di(t)u(t)22,()i(t) (3.4) dtm 1di(t)u(t)2得到 (3.5) dt,()dt,,1m2i(t) 11u(t)222i(t),()dt，C 0,m 11122i(t),[u(t)dt，C]所以 (3.6) 0,1 22m i(t)最后得到的表达式: 11213c,222i(t),[u(t)dt，C],[u(t)dt，C] (3.7) 00,,24m2Zl0 123c,22i(t),[u(t)dt，C]即 (3.8) 0,22Zl0 3.1.3 非正弦波大电流辐射器电流的特解 当脉冲激励电压激励为余弦，对应的时变量为: ,t2()cos()ut,U(0,t,,T) (3.9) 2,T ,t11sin()1,t2,T222u(t)dt,Ucos()dt,U ,,,2,T 2,T 12,T,t2,Usin (3.10) 2,T, 所以当脉冲激励为余弦时大电流辐射电流的特解为: i(t),0因为当时， t,0 将代入的表达式(3.8)中，得 t,0C,00 212，，,,3c2,Tt2i(t),,Usin 所以 ,,22,T2Zl,,,0，， 226c,TUt,2 ,,sin (3.11) 22,TZl,0 3.2 余弦脉冲电压激励时的电流的导数 对式(3.11)求导: 112，，di(t)3c2,TT2,TT,,,,22,Usin,U,cos, ,,2dt2,T2,T2,TZl,,,,0，， 2c,TUt3, ,, (3.12) sin2,TZl0 3.3 余弦脉冲电压激励时电场强度和磁场强度 辐射磁场为 ˆ,,,ˆˆrrrsin ,,cc,,,,H，，r,t,,，A, 2Z,r,,,,Zrsin,00 Ar,A0r, ,，，rA,Ac，，,rˆ,,, ,,,,,Zrr，，0 ,,,it,rc，，sinsin,,,，，ˆ,，，,,，it,rc (3.13) ,2,4,r,t4,r，， ,dit,rc，，c,sin1，，ˆ,，，,，it,rc ,2,,crdt4r，， 1略去“”的高阶项，即得 r ,,dit,rc,sin，，,,ˆˆ (3.14) ，，，，Hr,t,,,,,Hr,t 4crdt, 辐射电场为 ,,,,Ar,t，，,,Er,t,,,r,t,，，，，, ,t ,,,,Zdit,rc,,r,t1,Ar,t，，，，，，,,0ˆˆ,,,,,,r,,,rcos,sin，， ,tr,t4,crdt 2,，，Z,cosdit,rc，，cc122,0，，，，,r，,it,rc，it,rcdt，,,,23,crdt4 rr，， 2,，，ZsinZ,,dit,rccc，，,00ˆˆ,,,,，,it,rc，it,rcdt,，，rcos,sin，，，，,,,23,4c4,cdtrr，， 2，，,Z,sinZ,di，，t,rccc00ˆˆˆ，，，，，，,,，,it,rc，it,rcdt,r2cos,,,sin,,,,234crdt4cr,,rr，， (3.15) 1略去式(2.23)中关于“”的高阶项，即得 r ,,Zsin,dit,rc，，,,0ˆˆ，，，，Er,t,,,,ZHr,t (3.16) 04crdt, ,,t,rc,tt,t，rc设场源由时刻开始形成并发生作用，记:即则式(3.17)t,0 及(2.24)可转化成 ,,,,sindit，，,,,,ˆˆ (3.18) ，，，，Hr,t，rc,,,,,Hr,t，rc 4crdt, ,,,Zsin,dit，，,,0ˆˆ,,，，，，Er,t，rc,,,,ZHr,t，rc(3.19) 04crdt, 式(3.18)与式(3.19)表明:短天线的辐射电磁场与天线电流的时间变化率呈线性关 ,dit，，,,,,,t,t，rcr系，且在r,0位置，t时刻的变化(行为)，将在时刻可能导致 dt 位置的场的相应变化——延迟作用(效应)。 ,将式(3.18)与(3.19)中的用t代替，最后得短天线的辐射场为: t ,,,sindit，，,,ˆˆ (3.20) ，，，，Hr,t，rc,,,,,Hr,t，rc 4crdt, ,,Zsin,dit，，,,0ˆˆ，，，，Er,t，rc,,,,ZHr,t，rc(3.21) 04crdt, ,,rlsindi(t),ˆ,磁场强度:H(r,t，),, (3.22) c4,rcd(t) 2,sinc,TUtl3,ˆ, ,,,sin24,,TrcZl0 c,TUt3sin,,ˆ,,sin() (3.23) , Zrl,T4,0 2,,sinZlc,TUtr3,,0ˆ,电场强度: , E(r,t，),,sin24,,TcrcZl0 3c,TUsint,,ˆ (3.24) ,,sin(), 4rl,T, 其中l为天线长度，，c为光速。 第4章 非正弦波大电流辐射器频域分析 4.1 电场的傅里叶变换 按照傅里叶变换的定义: ,i,t,F(,), (4.1) ,,Ff(t),f(t)edt, ,, F(t)f(t)满足傅立叶积分定理条件时，式(4.1)的积分运算称为的傅立叶 F(,)f(t)f(t)F(,)变换叫做的象函数，叫做的象原函数。通过定义实部虚部、取实部虚部、复数加减乘除法、蝶形运算等来进行傅里叶变换，进而可以通过观察和研究讨论余弦大电流辐射器辐射特性与那些参量有关。 4.2 电场的幅频特性 矩形脉冲的频谱是Sa函数，冲激的频谱为无限宽，时域中电场波形介于等脉宽的矩形脉冲和冲激之间，所以在频域里电场的频谱宽度也应介于Sa函数与无限宽之间。锯齿波能量最集中，矩形波能量最分散。 第5章 非正弦波大电流辐射器的辐射特性研究 5.1 电压源驱动 电压源馈电方式即采用电压源为天线提供驱动，其电路图如图5.1所示我们假设 RR用阻抗为的电压源为短天线提供电压驱动短天线工作，为负载电阻。其中流入0L u(t)i(t)负载的电压为，电流为。 图5.1 电压源馈电工作电路图 5.2 电流源驱动 电流源馈电方式即采用电流源为天线提供驱动，其电路图如图5.2所示我们假设 RG用导纳为的电压源为短天线提供电压驱动短天线工作，为负载电阻。其中流L0 u(t)i(t)入负载的电压为，电流为。 图5.2 电流源馈电工作电路图 5.3在两种馈电情况下短天线的功率辐射效率 5.3.1电压源驱动功率辐射效率 2Zldi(t)20P,,()驱动电源为电压源时，辐射功率 (5.1) ,2dt,6c内阻消耗功率: 2P,i(t)R (5.2) L0 辐射效率: P, ,, P，P,L 1, PL1， P, 1, 2i(t)R01，2Zldi(t)20,()2dt6,c 1, (5.3) i(t)R01， u(t) 5.3.2电流源驱动功率辐射效率 2Zldi(t)20P,,()当驱动电源为电流源时，辐射功率，内阻消耗功率: ,2dt,6c 2u(t)2 (5.4) P,,u(t)GL0R0 P,,辐射效率: , P，P,L 1 ,PL1， P, 1 , 21，u(t)G01，2Zldi(t)20,()2dt6,c1 (5.4) ,u(t)G01， i(t) 第6章 曲线绘制及结果分析 在系统开发过程中，无论是软件还是硬件都难免会遇到一些问题，可能要经过反复调试才能使系统正常工作。因此，对于系统的调试工作是很有必要的。在调试过程中根据提示和观察，及时、准确的发现错误并对错误的地方进行修改。 6.1 Matlab软件使用说明 一、Matalab是一个很重要的软件，它提供了一个高性能的数值计算和图形显示的科学和工程计算软件环境。这种易于使用的MATLAB环境，是由数值分析、矩阵运算、信号处理和图形绘制等组成。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 二、在编写程序使用文件时需要了解M文件(M-file) 的编程工作方式(programming mode)。在编写和调试程序过程中我们使用了M文件编反复.M文件编程:(M-file program)可用普通文本编辑器编制MATLAB文件，文件由纯ASC?字符组成，确定文件名后加.m扩展名，称为M文件。建立M文件的一般步骤:(normal process of M- file creating)。1.打开文件编辑器:(Opening the file editor) 最简单的方法是在操作桌面的工具栏上选择新建文件键(New M- File)或打开已有文件键(Open File),也可以在命令窗口输入命令edit建立新文件或输入edit filename, 打开名为filename 的M文件;2.编写程序内容:(Compose the program content) 编写新的文件或修改已有文件;保存文件:(save file) 文件运行前必须完成保存操作，与一般的文件编辑保存操作同;3.运行文件:(running file) 在命令窗口输入文件名即可运行。如要在编辑器中直接完成运行，可在编辑器的Debug菜单下save and run选项，或按Run快捷键，最快捷的方法是直接按F5键执行运行。 三、程序中，为了方便操作内存中的值，需要给内存中的值设定一个标签，这个 标签称之为变量。在MATLAB语言中，变量不需要事先声明，MATLAB在遇到新的变量名时，会自动建立变量并分配内存。给变量赋值时，如果变量不存在，会创建它;如果变量存在，会更新它的值;赋值时，右边的表达式必须有一个值(即使值为空也行)。始于字母，由字母、数字或下划线组成;区分大小写;可任意长，但使用前N个字符。 四、在使用运算符时需要考虑运算符的优先级高低。在MATLAB软件中，括号的优先级最高，数组的乘方、乘除法、加减法的优先级依次降低。 五、绘制曲线时我们需要知道MATLAB的图像功能。MATLAB语言除了有强大的矩阵处理功能之外，它的绘图功能也是相当强大的。数据的可视化在实际工具有重要的作用，MATLAB作为一个强大的数学工具，有丰富的数据可视功能。它可以给出原始的数据的二维，三维甚至是四维的图像，同时可以对生成的图像进行各种修饰与控制。此外，MATLAB 还可以绘制函数的图形，MATLAB 提供了高级图形命令和低级图形命令grid on命令打开坐标网格 。二维曲线图在MATLAB 中的绘制是最为简便的。可以使用plot函数进行二维曲线图的绘制。使用时将X轴和Y轴的数据分别保存在两个向量中，同时向量的长度完全相等，可以直接调用函数进行二维图形的绘制。在绘制曲线时，我们可以使用工具向对图形进行修饰。在编写程序时使用了加注坐标轴标识:函数Xlabel:添加X轴标注;函数Ylabel:添加Y轴标注。在编写程序绘制曲线时，为了使曲线更加明了，选择使用颜色来标注各条曲线。程序中使用了红色(r)，绿色(g)，黑色(k),蓝色(b)。用text命令对曲线进行标注，使曲线更容易被识别。 6.2 余弦脉冲电压激励时电流的导数波形的绘制 图6.1电流导数波形 6.3余弦脉冲电压激励时的辐射电场强度波形绘制 图6.2 r=600m时电场波形 图6.3 r=900m时电场波形 6.4非正弦大电流辐射器辐射效率曲线的绘制及分析结果 6.4.1 电压源驱动的功率辐射效率曲线 利用MATLAB软件绘制辐射效率曲线，其程序见附录IV、V。绘制曲线分为两种情况，(1)在电压源驱动下，不同变量对功率辐射效率的影响。分别从天线长度，l R驱动电压源的内电阻去分析这些因素对效率的影响。(2)在电流源驱动下，不同变0 G量对功率辐射效率的影响。分别从天线长度，驱动电流源的内电导去分析其对l0效率的影响。通过绘制曲线得到，图6.4是当驱动电压源的内电阻，天线R,0.5,0长度分别为，，时，功率辐射效率图;图6.5 是当天线长度l,0.050.10.15m ，驱动电压源内电阻，，时，功率辐射效率图;图6.6是驱R,0.11,l,0.1m0.5 动电流源内电导，天线长度分别为 ，，时，功率辐射G,0.05sl,0.010.050.1m效率图;图6.7是天线长度为，驱动电流源内电导分别为，，1l,0.1mG,0.050.1时，功率辐射效率图。 图6.4 ，，，时辐射效率(电压源驱动) R,0.5,l,0.050.10.15m 图6.5 ，，，时辐射效率(电压源驱动) R,0.11,l,0.1m0.5 6.4.2电流源驱动的功率辐射效率曲线 图6.6 ，，，时辐射效率(电流源驱动) G,0.05sl,0.050.10.15m 图6.7 ，，，时辐射效率(电流源驱动) l,0.1mG,0.050.11s 6.5 辐射电场的频域特性曲线 图6.8 频域特性曲线 6.6结果分析 6.6.1 分析辐射场时域波形 通过图6.2可以看出，当时，电场的波形是对电流导数波形的平移，r,600m 8,6，，t,rc,6003，10,2，10s向右移动了，曲线是相对延迟的正弦脉冲波形;p 通过图6.3可以看出，当时，电场的波形是对电流导数波形的平移，向右移r,900m 8,6，，t,rc,9003，10,3，10s动了，电场的幅值比时电场幅值要r,600mp r小;通过分析得到源的行为推迟一段时间影响场的行为，推迟的时间为(电磁波以 c速度由源点传播到场点所需要的时间)，电场的幅值与r成反比。 c 6.6.2 分析辐射效率曲线 通过比较辐射效率曲线可以看出，在电压源驱动下，在时间时，辐射效率t,0,最大，最大值为，随着时间的增加，效率减小，最后趋近于零。(1)由图6.4,,1, 看出当驱动电源内阻不变，辐射效率随天线长度的增大而增大;(2)由图6.5看Rl, 出，当天线长度不变时，辐射效率随驱动器内阻的减小而增大，驱动电压源内Rl, 阻越大，辐射效率减小越快。 R 在电流源驱动下，在时间时，辐射效率最小，其值为,,0，随着时间t,0, 的增加，效率增大，最后趋近于;(1)由图6.6看出当驱动电流源内电导不变，1G, 天线长度越小，辐射功率随天线长度的减小而增大，辐射效率增加越快。(2)由ll, 图6.7看出当天线长度不变，辐射效率随驱动电源内电导的增大而减小。 lG, R从理论上分析，(1)电压源驱动时，负载与内电阻是串联关系，内电阻越大，0消耗在内电阻上的功率越大，辐射效率就越小;天线长度越大，天线的阻抗越大，l 电压源内电阻分压越小，内电阻消耗的功率越小，辐射效率越大;(2)电流源驱动时，负载与内电导是并联关系，内电导越大,消耗在内电导上的功率越大，辐射效率就G 越小;辐射效率越大;天线长度越大，天线的阻抗越大，电流源内电导分流越大，l 内电导消耗的功率大，辐射效率越小。 6.6.3 分析频域特性曲线 矩形脉冲的频谱是Sa函数，冲激的频谱为无限宽，时域中电场波形介于等脉宽的矩形脉冲和冲激之间，所以在频域里电场的频谱宽度也应介于Sa函数与无限宽之间。脉宽(时域)与频谱宽度成反比，脉宽(时域)越小，频谱宽度越大。 结 论 本文首先根据非正弦波大电流辐射器的相关理论和给定的技术指标及技术要求，推求出非正弦波大电流辐射器的辐射场并利用计算机绘制出相应的时域波形。得出的结论是激励为余弦脉冲电压时，电流导数是正弦脉冲波形，辐射场为相对延迟的正弦脉冲波形。从时间上看，源的变化需要延迟一段时间后，才能引起场的变化，所延迟 ，，的时间恰好等于t,rc，而电场的幅值与r的大小成反比。 p 在电压源驱动下，辐射效率与驱动电源内电阻、天线长度成正比。在电流源驱动下，辐射效率与驱动电源内电导、天线长度成反比。 社会经济效益分析 天线的传统分析方法认为信号是无限延续的正弦周期信号而工程中并不存在这样的正弦周期信号。如雷达和无线数字通信系统中的天线，均辐射非正弦电磁波，因此，探讨非正弦波天线的辐射特性与实际情况更加接近。现在对非正弦天线的研究还不是很广泛，所以研究非正弦波作为激励信号大电流辐射器天线的辐射特性具有十分重要的现实意义。大电流辐射器，它具有馈电容易，结构简单且对称等优点，从而可以简化理论分析并便于工程应用。 参考文献 [1] 同济大学应用数学系.高等数学上册(第五版).北京:高等数学教育出版社，2002.7 [2] 同济大学应用数学系.高等数学下册(第五版).北京:高等数学教育出版社， 2002.7 [3] 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