實驗五 對稱振子天線的設(shè)計與仿真及實驗小學學校鄉(xiāng)村少年宮建設(shè)中長期規(guī)劃-

實驗五對稱振子天線的設(shè)計與仿真一、實驗?zāi)康?.設(shè)計一個對稱振子天線2.查看并分析該對稱振子天線的反射系數(shù)及遠場增益方向二、實驗設(shè)備裝有HFSS13.0軟件的筆記本電腦一臺三、實驗原理1、電流分布對于從中心饋電的偶極子，其兩端開路，故電流為零。工程上通常將其電流分布近似為正弦分布。假設(shè)天線沿z軸放置，其中心坐標位于坐標原點，如圖所示，則長度為l的偶極子天線的電流分布為：I(z)=Imsink(l-|z|)，其中Im是波腹電流，k波數(shù)。對半波偶極子而言l=λ/4.則半波偶極子的電流分布，可以寫成：I(z)=Imsin（π/2-kz）=Imcos（kz）。首先明白一點：半波偶極子天線就是對稱陣子天線。2、輻射場和方向圖已知半波偶極子天線上的電流分布，可以利用疊加原理來計算半波偶極子天線的輻射場。式中，稱為半波偶極子的方向性函數(shù)。3、方向系數(shù)：對稱振子是中間饋電，其兩臂由兩段等長導(dǎo)線構(gòu)成的振子天線。一臂的導(dǎo)線半徑為，長度為I。兩臂之間的間隙很小，理論上可以忽略不計，所以振子的總長度L=21。對稱振子的長度與波長相比擬，本身己可以構(gòu)成實用天線。在計算天線的輻射場時，經(jīng)過實踐證實天線上的電流可以近似認為是按正弦律分布，忽略振子損耗。根據(jù)正弦分布的特點，對稱振子的末端為電流的波節(jié)點；電流分布關(guān)于振子的中心店對稱;超過半波長就會出現(xiàn)反相電流。在分析計算對稱振子的輻射場時，可以把對稱振子看成是由無數(shù)個電流I(z)，長度為dz的電流元件串聯(lián)而成。利用線性媒介中電磁場的疊加原理，對稱振子的輻射場是這些電流元輻射場之矢量和。四、實驗內(nèi)容利用HFSS軟件設(shè)計一個近似理想導(dǎo)體平面的UHF對稱振子天線。中心頻率為0.55GHz，采用同軸線饋電，并考慮平衡饋電的巴倫結(jié)構(gòu)。最后得到反射系數(shù)和二維輻射遠場仿真結(jié)果。五、實驗步驟.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSSOptions中講DuplicateBoundarieswithgeometry復(fù)選框選中。2.將求解類型設(shè)置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點擊HFSS>SolutionType。（2）在彈出的SolutionType窗口中(a)選擇DrivenModal。(b)點擊OK按鈕。3.設(shè)置模型單位（1）在菜單欄中點擊3DModeler>Units。（2）在設(shè)置單位窗口中選擇：in。4.設(shè)置模型的默認材料在工具欄中設(shè)置模型的默認材料為copper。5.創(chuàng)建對稱振子模型（1）創(chuàng)建ring_1。創(chuàng)建圓柱ring_inner：中心在坐標原點，半徑為0.31in，高為5in；創(chuàng)建圓柱ring_1:中心在坐標原點，半徑為0.37in,高為5in；用ring_1將ring_inner減去，使之成為一個圓環(huán)柱體。（2）創(chuàng)建ring_2。(a)Ctrl＋A選中ring_1。(b)在菜單欄中點擊Edit>Copy。(c)在菜單欄中點擊Edit>Paste。(d)在3D模型的操作歷史樹中將ring_2的CreateCylinder半徑改為0.5in；ring-inner1的CreateCylinder半徑改為0.435in，。（3）創(chuàng)建Arm_1。長方體的起始點位置坐標:X：-0.1，Y：-0.31，Z：5.0；長方體的X、Y、Z三個方向尺寸：dX：0.2，dY：-4.69，dZ：-0.065（4）將已建立的模型組合起來。將建立好的ring_1、ring_2及Arm_1組合成為一個模型。（5）創(chuàng)建Centerpin，即同軸線的內(nèi)導(dǎo)體，半徑為0.1inch，高度為5.1inch。（6）創(chuàng)建對稱振子的另一臂Arm_2。長方體的起始點位置坐標：X：-0.1，Y：0.0，Z：5.1；長方體的X、Y、Z三個方向尺寸：dX：0.2，dY：5.0，dZ：-0.065（7）創(chuàng)建Groundingpin。圓柱中心點的坐標：X：0.0，Y：1.0，Z：0.0；圓柱半徑：dX：0.0625，dY：0.0，dZ：0.0；圓柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.1（8）將已建立的模型組合起來。6.創(chuàng)建波端口（1）創(chuàng)建端口圓面模型，半徑為0.31in。（2）設(shè)置波端口，并將該端口命名為p1選擇NewLine，在坐標欄中輸入:X：0.31，Y：0.0，Z：0.0；dX：-0.21，dY：0.0，dZ：0.07.創(chuàng)建輻射邊界（1）設(shè)置默認材料為真空（vacuum）。（2）創(chuàng)建Air。長方體的起始點位置坐標：X：-5.0，Y：-10.0，Z：0.0；長方體X、Y、Z三個方向的尺寸：dX：10.0，dY：20.0，dZ：12.0（3）設(shè)置輻射邊界，將輻射邊界命名為Rad18.創(chuàng)建地板gnd_plane9.輻射場角度設(shè)置在InfiniteSphere標簽中，做如下設(shè)置：Name：ff_2dPhi：（Start：0，Stop：90，StepSize：90）Theta：（Start：-180，Stop：180，StepSize：2）10.求解設(shè)置（1）設(shè)置求解頻率。SolutionFrequency:0.55GHzMaximumNumberofPasses:10MaximumDeltaSperPass:0.02（2）設(shè)置掃頻。SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:0.35GHzStop:0.75GHzCount:40111.保存工程12.求解該工程13.后處理操作（1）S參數(shù)（反射系數(shù)）。(a)繪制該問題的反射系數(shù)曲線，該問題為單端口問題，因此反射系數(shù)是S11。(b)在Trace窗口中做以下設(shè)置：Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep(c)點擊Y標簽，選擇：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)；Function:dB，然后點擊AddTrace按鈕。點擊Done按鈕完成操作（2）2D輻射遠場。(a)在菜單欄中點擊HFSS>Results>CreateReport。(b)在創(chuàng)建報告對話框中做以下選擇：ReportType:FarFieldsDisplayType:RadiationPattern六、實驗結(jié)果仿真圖如下：對稱陣子的反射系數(shù)曲線如下：由上圖可知，在天線的中心頻率0.55GHz，反射系數(shù)S_11約為-16.03dB。轉(zhuǎn)換成駐波比指標，ρ約為1.36，滿足實驗設(shè)計要求。對稱陣子的遠場增益方向圖如下：由上圖可知，由于理想導(dǎo)體平面的存在，存在水平角φ=0.90時天線都被抬高了。最大輻射方向出現(xiàn)在仰角θ=0處（正Z方向），其增益約為8.1462dB。七、問題思考及小結(jié)設(shè)計一個天線，無論是作為發(fā)射天線還是接收天線，我們都很關(guān)心其方向參數(shù)輸入阻抗參數(shù)、增益參數(shù)、頻帶寬度等參數(shù)。這里也主要就上訴幾個參數(shù)來討論半波偶極子天線的優(yōu)缺點。1、對陣子天線在軸向無輻射2、對陣子天線的輻射與其電長度密切相關(guān)。當電長度小于0.5時，波瓣寬度最窄，在垂直與軸向的平面內(nèi)輻射最強，隨著電長度的增加，開始出現(xiàn)副瓣，主瓣寬度變寬，最大輻射方向發(fā)生偏移。3、對陣子天線的輸入阻抗受頻率影響很劇烈，說明寬頻帶時其較難實現(xiàn)負載匹配，所以相對應(yīng)的頻帶寬度也較窄。4、在諧振頻率附近時，天線的輸入阻抗接近傳輸線的特性阻抗，實現(xiàn)匹配較易，而且在中心頻率附近，電波的傳輸特性也最好，從而可以實現(xiàn)較大效率的功率傳輸。5、通過對實驗得到結(jié)果的分析，不難發(fā)現(xiàn)，對陣子天線的諸多特性與電長度關(guān)系很大，所以可以通過調(diào)整天線的電長度來實現(xiàn)不同功能和要求的對陣子天線應(yīng)用。6、半波偶極子的輸入阻抗還與天線的粗細有關(guān)。通過本次HFSS天線仿真實驗，我更加深入的了解天線的結(jié)構(gòu)、原理和用途。最開始在實驗時由于粗心設(shè)置模擬單位時沒有設(shè)置成in，導(dǎo)致結(jié)果出不來，重新設(shè)置之后，問題解決。松桃實驗小學鄉(xiāng)村少年宮建設(shè)中長期規(guī)劃為貫徹落實中共中央、國務(wù)院《關(guān)于進一步加強和改進未成年人思想道德建設(shè)的若干意見》，積極探索以“鄉(xiāng)村少年宮”為主要形式，扎實推進農(nóng)村未成年人活動場所建設(shè)的有效辦法，促進城鄉(xiāng)教育均衡發(fā)展，深入挖掘?qū)W校內(nèi)部的教育資源，不斷豐富農(nóng)村未成年人的精神文化生活，提高農(nóng)村未成年人的整體素質(zhì)。根據(jù)我校少年宮實際情況，特制定如下建設(shè)規(guī)劃：一、指導(dǎo)思想以科學發(fā)展觀為指導(dǎo)，貫徹落實中央文明辦《扎實推進“鄉(xiāng)村少年宮”建設(shè)，深化農(nóng)村未成年人思想道德建設(shè)工作》的意見，全面貫徹落實黨的教育方針，積極探索鄉(xiāng)村學校少年宮的發(fā)展方向和目標，扎實推進學生藝體活動，搭建藝體育人平臺，促進學生健康成長和全面發(fā)展。二、辦學目標為了使農(nóng)村孩子受到和城里孩子同樣水平的教育，促進城鄉(xiāng)教育的均衡發(fā)展，我們要充分利用學?，F(xiàn)有的活動場所和教育資源，培養(yǎng)學生廣泛的興趣和愛好，滿足孩子們的課外活動需求，實現(xiàn)快樂學習、快樂活動、健康成長、全面發(fā)展，促使“鄉(xiāng)村少年宮”成為青少年喜歡的活動場所、家長放心的教育陣地、村民和社區(qū)居民滿意的文化中心，推動農(nóng)村精神文明建設(shè)再上新臺階。三、工作原則（一）公益性原則始終把公益性放在首位，明確規(guī)定不開展以營利為目的的經(jīng)營活動，平時面向所有在校學生，周末和節(jié)假日向社會開放。（二）基礎(chǔ)性原則通過開展各種生動活潑、健康有益的活動，對以未成年為主的社區(qū)居民進行科技、藝術(shù)、心理、體育等基礎(chǔ)知識和基本技能的普及和熏陶，提高他們的文明素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。共建共享原則主要依托學校管理和建設(shè)，同時，聯(lián)合社區(qū)、周邊單位和社區(qū)學校共建，使各類教育資源共建共享，利于長效運行。（四）特色發(fā)展原則按照學校中長期發(fā)展的要求，結(jié)合學校發(fā)展特色，根據(jù)學生發(fā)展需要，努力打造特色項目和優(yōu)秀品牌（苗族花鼓和刺繡）。四、工作內(nèi)容1、圍繞素質(zhì)教育的實施，進一步轉(zhuǎn)變教育觀念，深化課程教學改革，整合教育資源，建設(shè)具有時代精神、地區(qū)特點的少年宮教育活動場所。2、打造一支充滿活力、富于創(chuàng)新，適應(yīng)教育現(xiàn)代化要求，具有良好師德和專業(yè)素質(zhì)，滿足少年宮教育發(fā)展需求的師資隊伍。3、完善少年宮教育活動體系，加強未成年人道德與藝體實踐，形成少年宮教育活動的規(guī)范化、制度化。學習、借鑒先進的教育活動理念和經(jīng)驗，不斷擴大學校少年宮教育活動的影響。4、加強科學研究，不斷提高少年宮教育活動的現(xiàn)代化水平，大幅度、全面提高教育活動的質(zhì)量和水平。5、強化少年宮教育活動的示范、指導(dǎo)職能，深化“藝體教結(jié)合”，促進鄉(xiāng)村學校少年宮藝術(shù)教育整體水平的不斷提高。五、工作思路（一）成立機構(gòu)學校成立鄉(xiāng)村少年宮領(lǐng)導(dǎo)小組，負責具體實施建設(shè)鄉(xiāng)村少年宮，主任由校長兼任，另設(shè)管理人員兩人。（二）統(tǒng)一思想校內(nèi)充分利用廣播、黑板報、櫥窗及班會等形式，加大宣傳力度。通過宣傳，讓全校教師、學生、家長深刻領(lǐng)會實施這一工程的重要意義，為全面實施素質(zhì)教育創(chuàng)造良好氛圍。（三）服務(wù)對象與組織管理以本校學生為主，周末、節(jié)假日向?qū)W校周邊未成年人開放，由學校統(tǒng)一管理。（四）開放時間及內(nèi)容公益性項目時間安排在下午課外活動時間和周六、周日。內(nèi)容：公益性項目開放圖書室、閱覽室、田徑場、籃球場、羽毛球場、乒乓球場、影視室、棋藝室、多媒體活動室等?？傮w要求：活動項目全面而有特色，學生參與面廣，特色活動納入納入校本課程，有課程方案指南，目標明確，內(nèi)容有特色，符合學生的實際，課程開設(shè)有管理措施。思想品德和心理健康教育活動。結(jié)合國內(nèi)外大事、重大紀念日、民族傳統(tǒng)節(jié)日、古今中外名人故事、新時期各行各業(yè)英雄模范人物的事跡，通過生動活潑的形式開展愛國主義、集體主義、社會主義的宣傳教育活動。對孩子進行政治、思想、道德和心理品質(zhì)教育。重點是大力推進“做一個有道德的人”的道德實踐活動、感恩體驗活動等。開放道德講堂、心理咨詢室、閱覽室等場所。體育休閑活動。積極開展陽光體育運動，保證學生每天有一小時體育活動時間（含體育課）。開設(shè)籃球、乒乓球、羽毛球、跳繩、踢毽子、像棋等。文化藝術(shù)活動。成立學生興趣小組“手工工作室”，組織不定期的師生才藝展示活動，利用廣播操、周會等機會提供舞臺，讓師生展示，提升師生的藝術(shù)素養(yǎng)。重點做好合唱團、花鼓隊、書畫班、刺繡班等活動。開設(shè)聲樂、舞蹈、古箏、攝影、創(chuàng)意美勞、兒童畫、素描、書法等特色課程。4、生活勞動與社會實踐活動。充分利用原有資源建立生活勞動和社會實踐基地，通過參加社會公益勞動、社會實踐鍛煉和以學工、學農(nóng)、學軍等方式，對孩子進行熱愛勞動、尊重勞動人民的教育和生活勞動技能培訓，培養(yǎng)自立、自強的品格和艱苦奮斗的精神，提高交往、合作和服務(wù)的社會能力。六、保障措施今后三年，松桃實驗小學少年宮將從“規(guī)劃”視角，謀求少年宮的科學發(fā)展；從“品質(zhì)”視角，實現(xiàn)少年宮的內(nèi)涵發(fā)展；從“現(xiàn)代”的視角，探索少年宮的有效管理；從“培訓”視角，培養(yǎng)少年宮的高質(zhì)隊伍；從“展示”視角，提高少年宮教育活動水平。1、建立完善的各項規(guī)章制度與措施，設(shè)置以校長為主要負責人的責任管理體系，加強少年宮各項規(guī)劃。成立以松桃實驗小學校長為鄉(xiāng)村學校少年宮主任、副校長為副主任、學校中層干部為成員的工作領(lǐng)導(dǎo)小組。領(lǐng)導(dǎo)小組重視抓好少年宮管理隊伍的建設(shè)，充分發(fā)揮學校教師的重要作用，在教師中開展鄉(xiāng)村學校少年宮建設(shè)“金點子”征集活動，群策群力，確保工作成效。加強輔導(dǎo)員隊伍建設(shè)，有計劃地組織輔導(dǎo)員學習培訓，定期召開輔導(dǎo)員工作會，交流工作經(jīng)驗與體會。2、做好宣傳動員工作，進一步達成共識。充分利用廣播、校園網(wǎng)、黑板報、櫥窗及班會等形式，加大宣傳力度。通過宣傳，讓全校教師、學生、家長深刻領(lǐng)會建設(shè)鄉(xiāng)村學校少年宮的重要意義，為全面實施素質(zhì)教育創(chuàng)造良好氛圍。3、加強師資隊