北京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告《天線部分》

1、電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗(yàn)天線部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓名： 班級(jí)： 序號(hào)： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)一 網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量振子天線輸入阻抗1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握網(wǎng)絡(luò)分析儀校正方法；2. 學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量振子天線輸入阻抗的方法；3. 研究振子天線輸入阻抗隨振子電徑變化的情況。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)雙振子天線的一端變?yōu)橐粋€(gè)無(wú)窮大導(dǎo)電平面后，就形成了單振子天線。實(shí)際上當(dāng)導(dǎo)電平面的徑向距離大到0.20.3，就可以近似認(rèn)為是無(wú)窮大導(dǎo)電平面。這時(shí)可以采用鏡像法來(lái)分析。天線臂與其鏡像構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)振子，則它在上半平面輻射場(chǎng)與自由空間對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)射相同。由于使用坡印亭矢量法積分求其輻射功率只需對(duì)球面上半部分積分，故其輻射功率為等臂長(zhǎng)等電流分布的對(duì)

2、稱(chēng)振子的一半，其輻射電阻也為對(duì)稱(chēng)振子的一半。當(dāng)h<<時(shí)，可認(rèn)為。由于天線到地面的單位長(zhǎng)度電容比到對(duì)稱(chēng)振子另一個(gè)臂的單位長(zhǎng)度電容大一倍，則天線的平均特征阻抗也為等臂長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)振子天線的一半，為。3、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 設(shè)置儀表為頻域模式的回?fù)p連接模式后，校正網(wǎng)絡(luò)分析儀;2. 設(shè)置參數(shù)并加載被測(cè)天線，開(kāi)始測(cè)量輸入阻抗;3. 調(diào)整測(cè)試頻率尋找天線的兩個(gè)諧振點(diǎn)并記錄相應(yīng)阻抗數(shù)據(jù)；4. 更換不同電徑（1，3，9）的天線，分析兩個(gè)諧振點(diǎn)的阻抗變化情況;設(shè)置參數(shù)：BF=600，F(xiàn)=25，EF=2600，n=81。校正圖：測(cè)量圖1mm天線的smith圓圖：3mm天線的smith圓圖：9mm天線的smith

3、圓圖：4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析隨著天線直徑的增大，天線的阻抗特性變化越大，理想狀態(tài)下天線的smith圓圖應(yīng)該是一個(gè)中心在正實(shí)軸某處的一個(gè)規(guī)則的圓，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)9mm天線的smith圓圖的阻抗特性非常不規(guī)則，隨著頻率的增高，其阻抗特性變化非線性，因此三種天線在頻率比較低的時(shí)候阻抗特性較好，但隨著頻率的增大，直徑越大的天線變化越劇烈。5、 心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)后，我了解了什么叫做網(wǎng)絡(luò)分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀是測(cè)量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的一種新型儀器，可直接測(cè)量有源或無(wú)源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)測(cè)量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正，并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參

4、數(shù)，如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減（或增益）、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。天線振子是天線上的元器件，具有導(dǎo)向和放大電磁波的作用，使天線接收到的電磁信號(hào)更強(qiáng)。天線振子是用導(dǎo)電性較好的金屬制造的。振子有的是桿狀的形狀，也有的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般是很多個(gè)振子平行排列在天線上。本次實(shí)驗(yàn)讓我初步掌握了網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用方法，學(xué)會(huì)了用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量振子天線輸入阻抗，并且了解了振子天線輸入阻抗隨振子電徑的變化。實(shí)驗(yàn)二 網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試八木天線方向圖1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握網(wǎng)絡(luò)分析儀輔助測(cè)試方法；2. 學(xué)習(xí)測(cè)量八木天線方向圖方法；3. 研究在不同頻率下的八木天線方向圖特

5、性。2、 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中用的是七單元八木天線，包括一個(gè)有源陣子，一個(gè)反射器，五個(gè)引相器(在此圖中再加2個(gè)引相器即可)。引向器略短于二分之一波長(zhǎng)，主振子等于二分之一波長(zhǎng)，反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)，兩振子間距四分之一波長(zhǎng)。此時(shí)，引向器對(duì)感應(yīng)信號(hào)呈“容性”，電流超前電壓90°；引向器感應(yīng)的電磁波會(huì)向主振子輻射，輻射信號(hào)經(jīng)過(guò)四分之一波長(zhǎng)的路程使其滯后于從空中直接到達(dá)主振子的信號(hào)90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，兩者相位相同，于是信號(hào)迭加，得到加強(qiáng)。反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)，呈感性，電流滯后90°，再加上輻射到主振子過(guò)程中又滯后90°，與從反射器方向直接加到主

6、振子上的信號(hào)正好相差了180°，起到了抵消作用一個(gè)方向加強(qiáng)，一個(gè)方向削弱，便有了強(qiáng)方向性。發(fā)射狀態(tài)作用過(guò)程亦然。3、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 調(diào)整分析儀到軌跡（方向圖）模式;2. 調(diào)整云臺(tái)起點(diǎn)位置270°；3. 尋找歸一化點(diǎn)(最大值點(diǎn));4. 旋轉(zhuǎn)云臺(tái)一周并讀取圖形參數(shù);5. 坐標(biāo)變換、變換頻率（600MHz、900MHz、1200MHz），分析八木天線方向圖特性；測(cè)量圖：600Mhz從百分比圖和數(shù)據(jù)得出有兩個(gè)峰值方向，分別為239度（幅度為100%）和56°（幅度為82.2%）。零點(diǎn)為155度（幅度為7.73%）和350度（幅度為5.57%）。幅度下降50%為293度（幅

7、度為52.3%）和198度（幅度為50%）。900Mhz從百分比圖和數(shù)據(jù)得出有在73°處有一個(gè)峰值（幅度為1）。而后瓣衰減嚴(yán)重，峰值僅為263°處（幅度為51.7%），零點(diǎn)為171度（幅度為5.8%）和333度（幅度為1.6%）。幅度下降50%為40度（幅度為49.7%）和113度（幅度為49.5%）。1200Mhz4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由三個(gè)不同頻率下的方向圖可知：從百分比圖和數(shù)據(jù)可得出在7°和230°處各有一個(gè)峰值（幅度分別為51.6%和100%）。零點(diǎn)為162度（幅度為7.9%）和45度（幅度為0.8%）。幅度下降50%為186度（幅度為50.6%）和

8、304度（幅度為49.9%）。分析：1)八木天線的方向圖是對(duì)稱(chēng)的，既其主瓣和后瓣是相同的，F(xiàn)=600MHz圖主瓣和后瓣比較均勻，說(shuō)明受到的干擾小，而F=900MHz的圖和F=1200MHz的圖主瓣和后瓣有很明顯偏差，說(shuō)明空間電磁場(chǎng)的干擾很大。2)由上圖可知：最大輻射方向基本是在60°和240°這條直線上。 3)在F=600MHz圖上和F=900MHz圖上旁瓣都很小，既能量大部分都集中在主瓣上，而在F=1200MHz圖上由于受空間電磁場(chǎng)的干擾，使得旁瓣所占能量比較大。4)對(duì)于F=600MHz圖和F=900MHz圖可知其前后比基本趨向于1，而對(duì)于F=1200MHz圖由于受到影響

9、使得前后壁大于1。 八木天線的優(yōu)點(diǎn)在于方向性很好。其引向器能夠增強(qiáng)主瓣，而反射器能夠消除后瓣，因此其較理想方向圖應(yīng)該是只有一個(gè)明顯的主瓣，其余成分比如旁瓣、后瓣越小越好。本次實(shí)驗(yàn)中比較符合理想的方向圖是900MHz的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而600MHz的問(wèn)題在于后瓣太大，1200MHz則出現(xiàn)兩個(gè)明顯旁瓣，后瓣也太寬，表明其受到了嚴(yán)重干擾。4、 實(shí)驗(yàn)心得 科學(xué)必須要有猜想，但科學(xué)不是猜想，必須要大量的理論證明和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)支撐。通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)八木天線方向性明顯的特點(diǎn)有了更加深入地了解，更直觀的認(rèn)識(shí)。八木天線在傳播電磁波的時(shí)候，會(huì)有主瓣和旁瓣后瓣之分。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，讀取數(shù)據(jù)，可以得到最佳接收狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)一周后，可以從圖上看到不同頻率下的方向圖。我們發(fā)現(xiàn)900