北京邮电大学电磁场与电磁波实验报告《天线部分》

《电磁场与微波实验》——天线部分实验报告姓名：班级：序号：学号：实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗一、实验目的1.掌握网络分析仪校正方法；2.学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法；3.研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。二、实验原理当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。当hλ时，可认为22)(40hR。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为1)2(ln60ahW。三、实验步骤1.设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪;2.设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗;3.调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；4.更换不同电径（φ1，φ3，φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况;设置参数：BF=600，∆F=25，EF=2600，n=81。校正图：测量图1mm天线的smith圆图：3mm天线的smith圆图：9mm天线的smith圆图：四、实验结果分析随着天线直径的增大，天线的阻抗特性变化越大，理想状态下天线的smith圆图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实验结果发现9mm天线的smith圆图的阻抗特性非常不规则，随着频率的增高，其阻抗特性变化非线性，因此三种天线在频率比较低的时候阻抗特性较好，但随着频率的增大，直径越大的天线变化越剧烈。五、心得体会实验后，我了解了什么叫做网络分析仪，网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他几十种网络参数，如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗（或导纳）、衰减（或增益）、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。天线振子是天线上的元器件，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。天线振子是用导电性较好的金属制造的。振子有的是杆状的形状，也有的结构较复杂，一般是很多个振子平行排列在天线上。本次实验让我初步掌握了网络分析仪的使用方法，学会了用网络分析仪测量振子天线输入阻抗，并且了解了振子天线输入阻抗随振子电径的变化。实验二网络分析仪测试八木天线方向图一、实验目的1.掌握网络分析仪辅助测试方法；2.学习测量八木天线方向图方法；3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性。二、实验原理实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源阵子，一个反射器，五个引相器(在此图中再加2个引相器即可)。引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。三、实验步骤1.调整分析仪到轨迹（方向图）模式;2.调整云台起点位置270°；3.寻找归一化点(最大值点);4.旋转云台一周并读取图形参数;5.坐标变换、变换频率（600MHz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性；测量图：600Mhz从百分比图和数据得出有两个峰值方向，分别为239度（幅度为100%）和56°（幅度为82.2%）。零点为155度（幅度为7.73%）和350度（幅度为5.57%）。幅度下降50%为293度（幅度为52.3%）和198度（幅度为50%）。900Mhz从百分比图和数据得出有在73°处有一个峰值（幅度为1）。而后瓣衰减严重，峰值仅为263°处（幅度为51.7%），零点为171度（幅度为5.8%）和333度（幅度为1.6%）。幅度下降50%为40度（幅度为49.7%）和113度（幅度为49.5%）。1200Mhz四、实验结果分析由三个不同频率下的方向图可知：从百分比图和数据可得出在7°和230°处各有一个峰值（幅度分别为51.6%和100%）。零点为162度（幅度为7.9%）和45度（幅度为0.8%）。幅度下降50%为186度（幅度为50.6%）和304度（幅度为49.9%）。分析：1)八木天线的方向图是对称的，既其主瓣和后瓣是相同的，F=600MHz图主瓣和后瓣比较均匀，说明受到的干扰小，而F=900MHz的图和F=1200MHz的图主瓣和后瓣有很明显偏差，说明空间电磁场的干扰很大。2)由上图可知：最大辐射方向基本是在60°和240°这条直线上。3)在F=600MHz图上和F=900MHz图上旁瓣都很小，既能量大部分都集中在主瓣上，而在F=1200MHz图上由于受空间电磁场的干扰，使得旁瓣所占能量比较大。4)对于F=600MHz图和F=900MHz图可知其前后比基本趋向于1，而对于F=1200MHz图由于受到影响使得前后壁大于1。八木天线的优点在于方向性很好。其引向器能够增强主瓣，而反射器能够消除后瓣，因此其较理想方向图应该是只有一个明显的主瓣，其余成分比如旁瓣、后瓣越小越好。本次实验中比较符合理想的方向图是900MHz的实验结果，而600MHz的问题在于后瓣太大，1200MHz则出现两个明显旁瓣，后瓣也太宽，表明其受到了严重干扰。四、实验心得科学必须要有猜想，但科学不是猜想，必须要大量的理论证明和实验验证来支撑。通过此次实验，我对八木天线方向性明显的特点有了更加深入地了解，更直观的认识。八木天线在传播电磁波的时候，会有主瓣和旁瓣后瓣之分。实验中通过旋转云台，读取数据，可以得到最佳接收状态。旋转一周后，可以从图上看到不同频率下的方向图。我们发现900Mhz的方向图远好于600Mhz和1200Mhz的方向图，其原因我们还不是特别了解，以待后续更进一步的研究。另外，通过此次实验，我了解了网络分析仪的使用方法和对于方向图的分析方法，增加了我的科学素养。最后，我还意识到了在天线接收信号时抗干扰的重要性，并激发了我对于抗干扰方法研究的热情。