(整理)天線測量與微波測量實(shí)驗(yàn)講義

1、天線測量與微波測量實(shí)驗(yàn)講義（試用）實(shí)驗(yàn)一、喇叭天線方向圖的測量、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 了解喇叭天線的方向圖特性；2、 掌握天線方向圖的測量方法。實(shí)驗(yàn)原理:角錐喇叭天線如上圖所示，H面和E面方向圖的計(jì)算公式為E H=-je_(1+cos 0 )Eob(入 R)/8 1/2expj(兀/4)入 RH 2入R(1/a h)+(2sin 0/入)2C(u i)+C(U2)-jS(u i)-jS(u 2)+expj(兀/4)入 R(1/a h)-(2sin 0/入)2C(u 3)+C(U4)-jS(u 3)-jS(u 4)Ee=1+1-(入/(2a) 21/2cos 0 C( W)+C(W2) 2+S(W)+

2、S(峭21/2式中：0p±j(兀t jdyx ±jS(x)i=(1/2)1/2a h/(入 Rh)1/2+(入 R)1/2(1/ah)+(2sin入）2=(1/2)1/2a h/(入 Rh)1/2-(入 R)1/2(1/ah)+(2sin入）3=(1/2)1/2a h/(入 Rh)1/2+(入 R)1/2(1/ah)-(2sin入）4 = (1/2)1/2a h/(1/2入Rh)-(入 R)1/2(1/ah)-(2sin入）w=b h/(21/2入 gRE)+(21/2入 gR) /入sin0w=b h/(2入 gRE)1/2-(2入 gR)1/2/入sin0W=b h/(

3、2_ 1/2 .一入 gRE)+(2XgRE)1/2/入sin0w=bh/(2入 gRE)1/2+(2入 gRE)1/2/入sin0Wi=b h/(2入 gR)%+K2入 gRE)1/2/入sin0三、實(shí)驗(yàn)裝置:測量方向圖所需的基本設(shè)備可分為發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩大部分。發(fā)射系統(tǒng)由信號源、傳輸系統(tǒng)和發(fā)射天線組成，接收系統(tǒng)般由接收天線、檢波裝置和指示器組成本實(shí)驗(yàn)將被測天線作為接收天線。實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備方框圖如下被測天線安裝在方位角可旋轉(zhuǎn)的支架上。4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1 、選擇測試距離。2、測量角錐喇叭天線的H 面方向圖（由于條件所限，暫不測 E面方向圖） 。測量時找準(zhǔn)最大輻射方向，否則測試結(jié)果誤差很

4、大?？梢越七@樣來找最大輻射方向，先粗略找出最大輻射方向，根據(jù)方向圖對稱性，左右旋轉(zhuǎn)到讀數(shù)相等處，此二方向之角平分線方向即為最大輻射方向，至少應(yīng)檢驗(yàn)兩次。以此最大輻射方向作為0 =00的方向。選擇適當(dāng)?shù)慕嵌乳g隔測量方向圖（在方向圖變化快的部分測試的點(diǎn)應(yīng)密集一些，在方向圖變化緩慢的部分測試的點(diǎn)可稀疏一些） 。5、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1 、 由于條件所限， 不能測晶體定標(biāo)曲線， 故應(yīng)適當(dāng)選擇信號源的輸出功率， 使得檢波電流的最大值不超過10 微安， 這樣就可以認(rèn)為檢波器是平方律檢波。2 、 由于測量天線方向圖的儀器設(shè)備僅有一套， 要求在實(shí)驗(yàn)過程中一定要注意正確使用儀器，避免損壞儀器；3、在測試過程中不

5、要改變信號源的輸出功率。六、預(yù)習(xí)要求：1、計(jì)算測試距離；（喇叭口面尺寸為：ah=140mm,b=104mm工作頻率 f=9.0GHz）2、復(fù)習(xí)角錐喇叭天線方向圖變化規(guī)律；3、設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格；4、寫出預(yù)習(xí)報(bào)告;5、復(fù)習(xí)測試天線輻射特性時對最小測試距離的要求。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1 、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、合作者、實(shí)驗(yàn)原理, 畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖 , 注明測試條件（ 包括測試距離、天線架設(shè)高度等）;2、根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出方向圖；3、根據(jù)所測方向圖求出半功率波瓣寬度；4、分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)二、喇叭天線增益的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 、掌握用相同天線法測量天線增益的原理；2、學(xué)會用相

6、同天線法測量喇叭天線增益的方法。二、測量原理：根據(jù)收發(fā)天線在自由空間的最大功率傳輸公式（假定極化匹配，無失配損耗）2P尸P0GG入 /（4 兀 R）式中：P r一為接收天線的接收功率；P0為發(fā)射天線的輸入功率;G t 、 Gr 分別為發(fā)射、接收天線的增益系數(shù);入一天線的工作波長；R 收、發(fā)天線之間的距離（R 必須滿足遠(yuǎn)區(qū)最小測試距離 ） 。假定兩天線完全相同，即 G=G=G一兩相同天線法，則1/2GX=（4 兀 R）/ 入（Pr/Po）由上式可見，測得了入、R和功率比Pr/Po,就不難由上式 求出待測天線的增益。實(shí)用中 , 一般用分貝數(shù)表示天線的增益。故用分貝數(shù)表示待測天線的增益為 :G x（

7、dB）=0.520*lg（4兀 R）/ 入+10*lg（P r）-10*lg（P o）三、測量方框圖及測試步驟測量方框圖如下：功率計(jì)(1) 、根據(jù)喇叭口面尺寸，工作頻率確定最小測試距離；(2) 、按測量方框圖接好線路；(3) 、使收發(fā)天線最大輻射方向?qū)?zhǔn)；(4) 、先將功率計(jì)接于接收天線處測出并記錄 Pr,然后把發(fā)射喇叭天線取下，將功率計(jì)接于隔離器的右端測出并 記錄R (注意：此時必須把功率計(jì)的量程置于最大量 程檔，以防功率過大而燒壞功率計(jì))，測出收、發(fā)天線 的距離R將所測結(jié)果代入公式計(jì)算即可得待測天線 的增益。要求至少測三次(在保證滿足最小測試距離 的條件下，改變收、發(fā)天線的距離)，分別計(jì)算

8、出待測 天線的增益，取其算術(shù)平均值作為最終測試結(jié)果。注意:在進(jìn)行測量時,應(yīng)盡量使收、發(fā)天線與傳輸系統(tǒng)匹配； 除了保證收、發(fā)天線的距離滿足最小測試距離外，還必 須保證收、發(fā)天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)。1 、熟悉測量原理和測量步驟 ;2 、 了解存在電失配以及在有限距離測量時, 存在那些誤差 ;3 、 復(fù)習(xí)對最小測試距離的要求, 并計(jì)算出最小測試距離;（ 喇叭天線的口面尺寸及工作頻率分別為：ah=140mm,bh=104mm，f=9.0GHz ）4 、設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格 , 寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1 、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理, 畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖 , 注明測試條件（ 包括測試

9、距離、 天線架設(shè)高度等）,給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果;2、分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)三、帶通濾波器的性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .熟悉AV3616XAfe量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用;2 .掌握測試濾波器性能的方法；3 . 了解微波器件駐波比的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理般濾波器都可以看作一個二端口網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示Pl ZlL定義TiT2工程上習(xí)慣于用插入衰減L來描述濾波器的工作特性。為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸出端口接匹配負(fù)載時,網(wǎng)絡(luò)輸入端口的入射功率P與負(fù)載所得到的功率R之比，常用對數(shù)表示為：L=10*lg(Pi/PL)=10*lg1/( S 21 )2 (dB)帶通濾波器的衰減特性與頻率之間的關(guān)系曲線如下圖所示圖中Ls為阻帶最小插入

10、衰減,f s為阻帶邊界頻率；L p為通帶最大插入衰減,f c為通帶截止頻率。因此，只要我們能測出濾波器這個二 端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)的分貝值20*lg （ S21I）,將其乘上-1就能得 到濾波器插入損耗的分貝值，從而就可了解濾波器的性能。三、測試方框圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容掃頻信號源測試方框圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.用AV3616XAfe量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試濾波器的傳輸參數(shù)的分貝值I L（dB）=20*lg（ S| 2I ）與頻率的關(guān)系曲線（如下圖示），由此曲線就可了解濾波器的性能指標(biāo)。2.測試濾波器在通帶范圍內(nèi)的最1. 設(shè)置掃頻信號源的輸出功率（7dBm）;2. 給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率（注：濾波器的通

11、帶寬度為0.86 1.8GHZ,此數(shù)據(jù)僅供設(shè)置起始頻率和終止頻率時參考）；3. 在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口；4. 對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn) ;5. 按測量方框圖接好線路;6. 記錄濾波器的傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線, 并在曲線上標(biāo)明ILP和I LS的值以及所對應(yīng)的fcl、fc2和fsl、fs2(注： I LS=-18dB, I LP=-1dB);7. 將濾波器的輸出端接上匹配負(fù)載記錄其在通帶范圍內(nèi)的最大駐 波比。五、預(yù)習(xí)要求1. 認(rèn)真閱讀AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用說明書，熟悉其使 用方法 ;2. 熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟;3. 寫出預(yù)習(xí)報(bào)

12、告, 并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、 作者、 同作者、 實(shí)驗(yàn)原理 , 畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2. 根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出濾波器的傳輸損耗與頻率的關(guān)系曲線；3. 分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)四、定向耦合器性能的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .進(jìn)一步熟悉AV3616X麻量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用；2 .掌握測試定向耦合性能的方法；3 .熟悉微波器件駐波比的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理定向耦合器常用于對規(guī)定流向微波信號進(jìn)行取樣。在無內(nèi)負(fù) 載時，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。下圖給出了具有內(nèi)負(fù)載 （在副線的隔離端口接上匹配負(fù)載）的定向耦合器的方框圖，

13、它其耦合度定義為當(dāng)主線輸出端口接匹配負(fù)載時， 主線輸入端口的輸入功率Pi與副線耦合輸出端口的輸出功率 Pc之比，用分貝表示即為Kc=10*lg(P i/Pc) (dB)因此，只要我們測出了主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值，將其乘上-1就可得到定向耦合器的耦合度。其主線損耗定義為當(dāng)副線耦合輸出端口接匹配負(fù)載時,主線輸入端口的輸入功率Pi與主線輸出端口的輸出功率 Po之比，用 分貝表示即為KO=10*lg(P i/Po) (dB)當(dāng)然主線損耗包括能量耦合損耗和能量耗散損耗兩方面。因此，只要我們測出了主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值，將其乘上-1就可得到定向耦合器

14、的主線損 耗。其方向性定義為當(dāng)主線的輸出端口接匹配負(fù)載時 ,由耦合端 口輸入的功率PCP與傳輸?shù)街骶€輸入端口的功率 POn之比，用分 貝表示即為KD=10*lg(P CP/Pon) (dB)因此，只要我們測出了副線耦合端口與主線輸入端口之間的 傳輸參數(shù)的分貝值，將其乘上-1就可得到定向耦合器的方向性。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和測試方框圖1 .耦合度的測試定向耦合器在定向耦合器的工作頻率范圍內(nèi)(0.8 2GH)測出其主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值iL（dB）與頻率的關(guān)系曲線，由此曲線可得它的耦合度與頻率 的關(guān)系曲線。2 .主線損耗的測試測試方框圖與上圖類似，只是將匹配負(fù)載改接在副線的耦

15、合輸出端口，檢波器改接在主線輸出端口。同樣在定向耦合 器的工作頻率范圍內(nèi)（0.8 2GH）測出其主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值I L（dB）與頻率的關(guān)系曲線，由此曲線可得它的主線損耗與頻率的關(guān)系曲線。3.方向性的測試定向耦合器網(wǎng)絡(luò) 分析儀在定向耦合器的工作頻率范圍內(nèi)（0.8 2GH）測出其副線 耦合輸出端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值 lL（dB）與頻率的關(guān)系曲線，由此曲線可得它的方向性與頻率 的關(guān)系曲線。4.定向耦合器主線輸入端口駐波比的測試（此次暫不做） 在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的測試方框圖中，將主線輸出端口和副線耦合輸出端口均接上匹配負(fù)載，測出定向耦合器主線輸入端口在其工作

16、頻率范圍內(nèi) (0.8 2GHZ) 的駐波比曲線。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 設(shè)置掃頻信號源的輸出功率(7dBm);2. 給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3. 在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口 ;4. 對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn) ;5. 分別按四個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所給出的測試方框圖接好線路, 并分別記錄下主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線、副線耦合輸出端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口在其工作頻率范圍內(nèi) (0.8

17、2GHZ) 的駐波比曲線,然后再分別由這些曲線讀出定向耦合器在其工作頻率范圍內(nèi)的(Kc) min、(Ko)ma八(KD)min 和(SWR)。五、預(yù)習(xí)要求1. 熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟 ;2. 寫出預(yù)習(xí)報(bào)告, 并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理, 畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2. 根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出定向耦合器在其工作頻率范圍內(nèi)的主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值iL（dB）與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入 端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值I L（dB）與頻率的關(guān)系曲線、副線耦合輸

18、出端口與主線輸入端口 之間的傳輸參數(shù)的分貝值lL（dB）與頻率的關(guān)系曲線、主 線輸入端口的駐波比曲線；3.分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)五、微波功分器的性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握AV3616X雨量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用；2 .掌握測試微波功分器性能的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理微波功分器是用于微波功率分配的器件。一般情況下，它 是一個多端口網(wǎng)絡(luò)。下圖所示為一個一分為二的微波功分器 的方框圖，它是一個三端口網(wǎng)絡(luò)。2的輸出電壓等幅（幅度平衡）、同相（相位平衡）；（2）信 號輸入端口無反射。因此，只要我們分別測出信號輸入端口與信號輸出端口 1和信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值，就可以了解

19、這兩個輸出端口的輸出 電壓的幅度關(guān)系（由于標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀不能測出電壓傳輸參 數(shù)的相位，因此這兩個輸出端口的輸出電壓的相位關(guān)系我們 無法知道）；將兩個信號輸出端口均接上匹配負(fù)載，測試信 號輸入端口的駐波比，就可知道信號輸入端口有無反射。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方框圖1 .測試信號輸入端口與信號輸出端口 1之間的電壓傳輸參網(wǎng)絡(luò) 分析儀在功分器的工作頻率范圍內(nèi)（0.52GH!）測量其信號輸入端口與信號輸出端口1之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值I L（dB）與頻率的關(guān)系曲線。2 .測試信號輸入端口與信號輸出端口 2之間的電壓傳輸參 數(shù)的分貝值將上圖中的信號輸出端口 1接上匹配負(fù)載，信號輸出端 口2接上檢波器，即可

20、測量功分器在其工作頻率范圍內(nèi)信號 輸入端口與信號輸出端口 2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線。3 測試信號輸入端口的駐波比曲線將上圖中的信號輸出端口 1 和信號輸出端口 2 均接上匹配負(fù)載，測試信號輸入端口的駐波比與頻率的關(guān)系曲線。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 設(shè)置掃頻信號源的輸出功率(7dBm);2. 給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3. 在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口 ;4. 對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn) ;5 分別按三個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所給出的測試方框圖接好線路,并分別記錄下功分器在其工作頻率范圍內(nèi)信號輸入端口與信號輸出端口 1 之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值I L(

21、dB) 與頻率的關(guān)系曲線、信號輸入端口與信號輸出端口 2 之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB) 與頻率的關(guān)系曲線和信號輸入端口的駐波比SWRW頻率的關(guān)系曲線。五、預(yù)習(xí)要求1. 熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟 ;2. 寫出預(yù)習(xí)報(bào)告, 并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理, 畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2 .根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出功分器在其工作頻率范圍內(nèi)的信號輸入端口與信號輸出端口1之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值lL(dB)與頻率的關(guān)系曲線、信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值I L(dB)與頻率的關(guān)系曲線和信號輸入端口的駐波比SWR與頻率的關(guān)系曲線；3 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷功分器的性能；4 .分