北郵電磁場與微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)天線部分實(shí)驗(yàn)一2014最新

1、電磁場與電磁波實(shí)驗(yàn)·報(bào)告信息與通信工程學(xué)院電磁場與微波實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：網(wǎng)絡(luò)分析儀測量振子天線輸入阻抗班級： 2011211106 姓名： 吳淳 學(xué)號： 2011210180 日期： 2014年3月第8頁/共8頁 實(shí)驗(yàn)一 網(wǎng)絡(luò)分析儀測量陣子天線輸入阻抗一、 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)分析儀測量振子天線輸入阻抗的方法；3. 研究振子天線輸入阻抗隨陣子電徑變化的情況。注：重點(diǎn)觀察諧振點(diǎn)與天線電徑的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)雙振子天線的一端變?yōu)橐粋€無窮大導(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)為是無窮大導(dǎo)電平面。這時可以

2、采用鏡像法來分析。天線臂與其鏡像構(gòu)成一對稱振子，則它在上半平面輻射場與自由空間對稱振子的輻射場射相同。圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖由于使用坡印亭矢量法積分求其輻射功率只需對球面上半部分積分，故其輻射功率為等臂長等電流分布的對稱振子的一半，其輻射電阻也為對稱振子的一半。當(dāng)h<<時，可認(rèn)為R40 。由于天線到地面的單位長度電容比到對稱振子另一個臂的單位長度電容大一倍，則天線的平均特征阻抗也為等臂長對稱振子天線的一半，為=60ln(2h/a)-1。三、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)并加載被測天線，開始測量輸入阻抗；3. 調(diào)整測試頻率尋找天線的兩個諧

3、振點(diǎn)并記錄相應(yīng)阻抗數(shù)據(jù)；4. 更換不同的電徑（對應(yīng)1mm, 3mm, 9mm）的天線，分析兩個諧振點(diǎn)的阻抗變化情況；5. 設(shè)置參數(shù)如下： BF=600MHz，F(xiàn)=25MHz，EF=2600MHz，n=81.6. 記錄數(shù)據(jù)：在smith圓圖上的輸入阻抗曲線上，曲線的左端輸入阻抗虛部為0的點(diǎn)為二分之一波長諧振點(diǎn)，曲線的右端輸入阻抗虛部為0的點(diǎn)為四分之一波長諧振點(diǎn)。記錄1mm，3mm，9mm天線的半波長和四分之一波長的諧振點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1. 直徑=1mm時：第一諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F=1250MHz，電阻R=41.88ohm, SWR=1.193, RL=-20.0dB。第二諧振點(diǎn)處頻

4、率約為（取最接近點(diǎn)）F=2450MHz，電阻R=626.8ohm, SWR=12.54, RL=-1.38dB。實(shí)驗(yàn)圖示如下：圖2 =1mm阻抗分布圖2. 直徑=3mm時：第一諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F=1100MHz，電阻R=31.96ohm, SWR=1.566, RL=-13.1dB。第二諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F=1950MHz，電阻R=290.2ohm, SWR=5.809, RL=-3.02dB。 實(shí)驗(yàn)圖示如下：圖3 =1mm阻抗分布圖3. 直徑=9mm時：第一諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F=1025MHz，電阻R=26.24ohm, SWR=1.908, RL=-1

5、0.1dB。第二諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F=1600MHz，電阻R=132.9ohm, SWR=2.658, RL=-6.87dB。 實(shí)驗(yàn)圖示如下：圖4 =1mm阻抗分布圖五、分析結(jié)果（1）對于相同材質(zhì)，振子天線的直徑越粗，諧振點(diǎn)輸入阻抗越小，網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)越小，回波損耗越小，越容易和饋線匹配，頻率的間隔越小，工作頻率范圍就越寬。（2）天線直徑越大，阻抗特性變化越大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)9mm天線的史密斯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，與理想狀態(tài)的中心在正實(shí)軸某處的規(guī)則的圓有一定出入。因此三種天線在頻率比較低的時候阻抗特性還可以，但隨頻率增大，直徑越大的天線變化越劇

6、烈。（3）第一諧振點(diǎn)的阻抗遠(yuǎn)小于第二諧振點(diǎn)的阻抗。這與四分之一諧振點(diǎn)處Zin= Z02/ Z l 而半波長諧振點(diǎn)處Zin= Z l這兩個公式有關(guān)，即Z l大于Z0。（4）諧振點(diǎn)的諧振角度并不嚴(yán)格虛部為零?？赡苁翘炀€本身的實(shí)際特性與理論有偏差，也可能是測量過程的誤差造成。六、聯(lián)想相關(guān)問題的思考1、網(wǎng)絡(luò)分析儀：網(wǎng)絡(luò)分析儀作為測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的一種新型儀器，其功能強(qiáng)大，可直接測量有源或無源、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。正確使用時，可以達(dá)到極高的精度。自動網(wǎng)絡(luò)分析儀能對測量結(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)參數(shù)，如輸入反射系數(shù)、輸出

7、反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減（或增益）、相移和群延時等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。另外由于受分布參數(shù)等影響明顯，所以網(wǎng)絡(luò)分析儀使用之前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。所以網(wǎng)絡(luò)分析儀的應(yīng)用也十分廣泛，在很多行業(yè)都不可或缺，尤其在測量無線射頻（RF）元件和設(shè)備的線性特性方面非常有用?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀還可以應(yīng)用于更具體的場合。2、天線振子：作為天線上的元器件，振子簡單解釋就是發(fā)射和接收高頻振蕩信號的一段金屬導(dǎo)體。其具有導(dǎo)向和放大電磁波的作用，使天線接收到的電磁信號更強(qiáng)。振子是用導(dǎo)電性較好的金屬制造的，有的是桿狀的，也有的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般是多個振子平行排列在天線上。振子有半波振子和全波振子，振子尺寸要和接

8、收或發(fā)射的頻率波長尺寸對應(yīng)才能達(dá)到最大效果，一般用二分之一或四分之一波長設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)中用的是振子天線，天線一端接導(dǎo)電平面，形成單極天線，所以可以用鏡像法等效分析。另外，振子只有盡量放在空間才有最好效果，至于為了防銹，可用非金屬材料覆蓋，比如油漆，塑膠等。3、天線：天線作為一種變換器，把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。

9、一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理?；谔囟ㄈS（通常指水平或垂直）平面，可以把天線分為兩大基本類型：全向天線（在平面中均勻輻射）和定向天線（又稱指向天線，在某方向輻射較多）。在自由空間內(nèi)，任何天線都向各個方向輻射能量，但是特定的架構(gòu)會使天線在某個方向上獲得較大方向性，而其它方向的能量輻射則可以忽略。通過增加附加導(dǎo)體棒或線圈（稱之為單元）并改變其長度、間距和方位（或者改變天線波束方向），可以制造出擁有既定特性的天線，如本實(shí)驗(yàn)中使用的八木天線?！疤炀€陣列”或“天線陣”是指相當(dāng)數(shù)量的有源天線共用源

10、或負(fù)載來產(chǎn)生定向的天線輻射方向圖。天線的空間關(guān)系通常也會影響其方向性。影響天線性能的臨界參數(shù)有很多，通常可以在其設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行調(diào)整，如諧振頻率、阻抗、增益、孔徑或輻射方向圖、極化、效率和帶寬等。另外，發(fā)射天線還有最大額定功率，而接收天線則有噪聲抑制參數(shù)。七、回憶錄可以說，熬過了各類實(shí)驗(yàn)交雜，心力交瘁的大三上，以為終于暫時告別了報(bào)告，告別了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和常常重啟的電腦。在這種情況下，天線實(shí)驗(yàn)倒像是于半路殺出，順帶著捎走了半天的休息時光。其實(shí)，很多時候，我們總是與學(xué)校處在不同的高度上，學(xué)校安排各類各類的實(shí)驗(yàn)課，淪落至我們手中，大都只剩下了費(fèi)力拼湊的數(shù)據(jù)和篇篇限定日期的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)校耗費(fèi)百萬買

11、回的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，也常常只能被我們霧里看花一般的戳戳碰碰然后告別。其實(shí)，這也算是一種無可奈何，畢竟經(jīng)費(fèi)總不能隨心所欲，我們的時間也不能允許在每一類實(shí)驗(yàn)上耗費(fèi)。于是經(jīng)過長時間的妥協(xié)，實(shí)驗(yàn)課就到了現(xiàn)在這樣或多或少有些尷尬的位置。但是，回顧這兩年多，被大大小小的實(shí)驗(yàn)洗禮后，不知不覺，已然成長了許多，大至學(xué)習(xí)態(tài)度，小到寫報(bào)告。即便是抱怨，即便總是匆匆忙忙，我們還是“被迫”入門了許多軟件，還是不得不學(xué)著耐心的調(diào)試，學(xué)著分析各類數(shù)據(jù)。回到這次天線實(shí)驗(yàn)吧，本來懷著的對只有兩臺設(shè)備的聽聞的失望，在聽了老師的一番自我調(diào)侃后灰飛煙滅了?？傮w來講，天線作為通信領(lǐng)域中重要而深刻的一門學(xué)科，它的難度的確將很多學(xué)子擋在了門外。而我們卻可以擁有這樣一次接觸的機(jī)會，其實(shí)想起來會突然覺得很開心，尤