實驗五對稱振子天線的設計與仿真一、實驗目的1.設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線構(gòu)成的振子天線。一臂的導線半徑為，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軟件設計一個近似理想導體平面的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復選框選中。2.將求解類型設置為激勵求解類型：（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.設置模型單位（1）在菜單欄中點擊3DModeler>Units。（2）在設置單位窗口中選擇：in。4.設置模型的默認材料在工具欄中設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.輻射場角度設置在InfiniteSphere標簽中，做如下設置：Name：ff_2dPhi：（Start：0，Stop：90，StepSize：90）Theta：（Start：-180，Stop：180，StepSize：2）10.求解設置（1）設置求解頻率。SolutionFrequency:0.55GHzMaximumNumberofPasses:10MaximumDeltaSperPass:0.02（2）設置掃頻。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置模擬單位時沒有設置成in，導致結(jié)果出不來，重新設置之后，問題解決。實驗、人類皮膚紋理觀察與分析【實驗目的】了解人類皮膚紋理的基本知識。掌握皮紋的印取方法。初步學會對皮膚紋理的分析方法及其在醫(yī)學中的應用?！緦嶒炂鞑摹堪准垺⑵ぜy遺傳分析表，印臺，印油，瓷盤，海綿墊，放大鏡，直尺，量角器，鉛筆，擦布?！緦嶒瀮?nèi)容及方法】皮膚紋理是指人體皮膚上某些特定部位出現(xiàn)的紋理圖形，簡稱皮紋。在胚胎發(fā)育的第十九周，皮紋便在手指（腳趾）和手（腳）掌處形成且終生不變，在診斷某些先天性疾病，特別是染色體病中有一定的篩選作用。一、皮紋的印?。ㄒ唬┯≈讣y將適量印油倒入瓷盤的海綿墊上，涂抹均勻。洗凈雙手，晾干。將白紙平鋪在玻璃板邊上。將要取印的手指均勻地涂上印油，伸直，其余四指彎曲，由外向內(nèi)滾動取印，逐一將指紋印取在白紙上，并做好標記。印掌紋把全掌按在海綿墊上，使掌獲得均勻的印油。將掌腕線放于紙上，手指自然分開，由后向前按掌、指順序依次放下，以適當?shù)膲毫⑷凭鶆虻赜≡诒淼闹醒?。起手掌時先將手指翹起，而后是掌和腕。將手洗凈，擦干。二、觀察與分析（一）指紋的觀察與分析1.用放大鏡觀察指紋并分類（實驗圖5－1）。指紋分弓形紋（A.）、箕形紋（L）和斗形紋（W）三種類型。弓形紋的紋線由一側(cè)起向上彎曲到對側(cè)，無三叉點或只有中央三叉點。箕形紋的紋線由一側(cè)起斜向上彎曲后再回歸起始側(cè)，有一個三叉點。斗形紋的紋線多呈同心圓狀或羅狀，有兩個或多個三叉點。實驗圖5－1指紋類型2.嵴紋線數(shù)（實驗5－2），簡稱紋線。即從紋理的中心到三叉點用線相連，所穿過的紋線的數(shù)目（連線兩點不計）。弓形紋沒有三叉點或只有中央三叉點，故嵴紋數(shù)為0，不予計數(shù)。是個指頭的嵴紋數(shù)之和稱為總指嵴紋數(shù)（TFRC）。我國漢族正常男性的總指嵴紋數(shù)平均值為144.7，正常女性總指嵴紋數(shù)平均值為138.5。實驗圖5－2指紋計數(shù)方法（二）掌紋的觀察與分析觀察掌褶紋（實驗圖5－3）手掌中一般有遠側(cè)橫褶紋，近側(cè)橫褶紋和大魚際縱褶紋三條大屈褶紋。根據(jù)三條屈褶紋的走向一般把手掌分為五種類型，即普通型、通貫掌、悉尼掌、變異Ⅰ型和變異Ⅱ型。通貫手的發(fā)生率在我國正常人體為3.5%～4.87%，而在染色體病患者中的發(fā)生率為普通人的10～30倍，這一現(xiàn)象說明通貫手體征是重要的染色體病輔助診斷指標。實驗圖5－3手掌褶紋的類型.測量A.td角（實驗5－4）。手掌分大魚際區(qū)、小魚際區(qū)和指間區(qū)三個區(qū)域。其中，第二至第四指基部各有一個指基三叉點，分別為A.B.C.d。近腕處有一軸三叉點t。連接A.t、dt，用量角器測量A.td角的度數(shù)。我國正常人std角的平均值約為41度，而先天愚型的t三叉點向掌心移位，A.td角平均值約為70度。這在某些綜合征診斷中具有重要意義。實驗圖5－4手掌紋及A.td角【注意事項】取印時務必洗凈雙手，以免指紋不清晰。印油要涂抹均勻，切忌來回涂抹，亦不可涂得過多。取印時不要施壓過大，不要移動手指、手掌或紙張，以免皮紋模糊不清或重疊。印掌紋