天線原理實驗報告

1、Harbin Institute of Technology天線原理實驗報告課程名稱： 天線原理 院系： 電信學院 班級： 姓名： 學號： 同組人： 指導教師： 劉北佳 實驗時間： 2015/5/13 實驗成績： 哈爾濱工業(yè)大學一、 實驗目的1. 掌握喇叭天線的結構、分類和特性參數(shù)。2. 掌握天線方向圖的意義和測量方法。3. 對比分析幾種天線的輻射特性和性能。二、 實驗原理1. 天線電參數(shù) 天線電參數(shù)主要包括：方向圖、方向性系數(shù)、有效長度、增益、效率、輸入阻抗、極化、頻帶寬度。 1）方向圖：天線的輻射電磁場在固定距離上隨空間角坐標分布的圖形，稱為輻射方向圖或輻射波瓣圖。 2）方向性系數(shù)：在相同

2、輻射功率，相同距離情況下，天線在某方向上的輻射功率密度與無方向性天線在該方向上的輻射功率密度之比。 3）有效長度：在保持天線最大輻射場強不變的情況下，假設天線上的電流為均勻分布時的等效長度。 4）增益：在相同輸入功率，相同距離情況下，天線在某方向上的輻射功率密度與無方向性天線在該方向上的輻射功率密度之比。 5）效率：天線將導波能量轉換成電波能量的有效程度。 6）輸入阻抗：天線輸入端呈現(xiàn)的阻抗值。 7）極化：天線在給定空間方向上遠區(qū)無線電波的極化，即時變電場矢量端點運動軌跡的形狀、取向和旋轉方向。 8）頻帶寬度：天線電參數(shù)保持在要求范圍內的工作頻率范圍。2. 喇叭天線 喇叭天線由逐漸張開的波導構

3、成。按口徑形狀可分為矩形喇叭天線與圓形喇叭天線等。波導終端開口原則上可構成波導輻射器，由于口徑尺寸小，產生的波束過寬；另外，波導終端尺寸的突變除產生高次模外，反射較大，與波導匹配不良。為改善這種情況，可使波導尺寸加大，以便減少反射，又可在較大口徑上使波束變窄。3. 方向圖測量（測試環(huán)境、最小測試距離、極化） 測試環(huán)境：最理想的場地是自由空間，可以通過微波暗室來模擬，本次實驗在實驗室進行測量，測量過程中存在一定干擾； 最小測試距離：實際測量中，發(fā)射天線到接收天線距離有限，為保證測量精度需規(guī)定被測天線入射波的幅度、相位條件來確定最小測試距離； 極化：天線在給定空間方向上遠區(qū)無線電波的極化，通常指天

4、線在其最大輻射方向上的極化。天線不能接收與其正交的極化分量，只有天線極化與來波極化一致時為極化匹配，接收機才可獲得最大功率，極化失配時需乘以失配因子。4. E面、H面、主瓣寬度 1）E面：通過最大輻射方向并與電場矢量平行的平面； 2）H面：通過最大輻射方向并與磁場矢量平行的平面； 3）主瓣寬度：方向圖呈波瓣形，最大的波瓣即主瓣，主瓣寬度包括零功率點波瓣寬度（FNBW）及半功率點波瓣寬度（HPBW）。 FNBW：主瓣最大值兩邊兩個零輻射方向之間的夾角； HPBW：主瓣最大值兩邊功率為最大功率一半的兩輻射方向之間的夾角。三、 實驗儀器發(fā)射喇叭天線：楔形角錐喇叭；接收喇叭天線：H面扇形喇叭、E面扇形

5、喇叭、 楔形角錐喇叭、圓錐喇叭；功率顯示器；電源；工作盤四、 實驗步驟 （1）將發(fā)射角錐喇叭天線與接收喇叭天線（E面扇形喇叭）垂直固定于工作盤并對準開口測E面方向圖； （2）左右旋轉接收喇叭天線同時觀察功率表找到最大值點，將該點對準刻度盤0°； （3）向左旋轉轉盤，每轉1°讀一次示數(shù)并記錄，讀到不再有示數(shù)顯示為止； （4）刻度盤歸零，向右旋轉轉盤步驟同（3）； （5）接收喇叭天線換成其他類型，測出數(shù)據(jù)，步驟同上； （6）用EXCEL統(tǒng)計數(shù)據(jù)并作出各天線雷達圖；5、 實驗數(shù)據(jù) （1）E面喇叭的 E、H面方向圖值相位/°E值E歸一化H值H歸一化1600.9036144

6、58731256.10.844879518720.986301373520.78313253700.95890411444.80.674698795700.958904115390.58734939869.20.947945205.1910.015060241440.602739726200.50.00753012420.575342466210.20.00301204838.40.526027397220.10.001506024350.479452055230.0000011.50602E-0833.20.454794521.3030.0000011.50602E-080.0000011.

7、36986E-083040.0000011.50602E-080.10.0013698633050.0000011.50602E-080.10.0013698633060.0000011.50602E-080.20.0027397263310.0000011.50602E-08180.2465753423320.20.003012048200.273972603.35562.10.93524096470.20.96164383635665.80.990963855710.9726027435766.41720.98630137358660.99397590471.80.983561644359

8、640.963855422720.98630137（2） H面喇叭的E、H面方向圖值相位/°E值E歸一化H值H歸一化0780.8478260877611760.826086957720.9473684212750.815217391680.8947368423740.804347826700.9210526324720.782608696640.842105263.14680.73913043540.05263157915720.78260869640.05263157916780.84782608720.02631578917760.8260869570.0000011.31579

9、E-0818720.7826086960.0000011.31579E-08.4860.0652173910.0000011.31579E-084920.021739130.0000011.31579E-085020.021739130.0000011.31579E-08510.0000011.08696E-080.0000011.31579E-08.2960.0000011.08696E-080.0000011.31579E-082970.0000011.08696E-080.0000011.31579E-0829810.0108695650.0000011.31579E-0829910.0

10、108695650.0000011.31579E-08.3459210.0000011.31579E-08346900.978260870.0000011.31579E-08347880.95652173910.013157895348880.95652173910.013157895.356800.869565217400.526315789357780.847826087500.657894737358740.804347826580.763157895359780.847826087680.894736842（3） 角錐喇叭的E、H面方向圖值相位/°E值E歸一化H值H歸一化09

11、819911970.989795918970.979797982930.948979592940.9393939393870.887755102900.8787878794790.806122449840.797979798.2610.01020408210.010101012710.0102040820.00010.010101012810.0102040820.00010.010101012910.0102040820.00010.010101013010.0102040820.00010.01010101310.00011.02041E-060.00011.0101E-06.3290.0

12、0011.02041E-060.00011.0101E-0633010.0102040820.00010.0101010133110.0102040820.00010.0101010133210.0102040820.00010.0101010133310.01020408210.01010101.355680.693877551760.686868687356790.806122449840.797979798357870.887755102900.878787879358930.948979592940.939393939359970.989795918970.97979798（4） 圓錐

13、喇叭的方向圖值相位/°方向圖值方向圖值歸一化00.0000011.21951E-0810.0000011.21951E-08.710.0000011.21951E-08720.0000011.21951E-087310.0121951227420.0243902447540.048780488.89800.975609756908219182192810.987804878.10720.02439024410810.0121951221090.0000011.21951E-081100.0000011.21951E-08.1790.0000011.21951E-081800.0000

14、011.21951E-08六、實驗結果 將上述實驗數(shù)據(jù)各天線的方向圖值歸一化后取對數(shù)，結合相位角度繪制方向圖： （1）E面喇叭： （2）H面喇叭： （3）角錐喇叭： （4）圓錐喇叭：七、實驗總結本次實驗利用角錐喇叭天線向四種接收天線發(fā)射電波，通過讀取與接收天線相連的電流表的示數(shù)來確定每個相位角的方向圖值，這里要注意讀取的電流值是功率量級而非電流。由E面喇叭和H面喇叭兩種天線可以看出E面和H面的輻射場分別與天線開口口徑有線性關系，因此可以通過調整天線口徑大小從而調整天線的輻射方向圖的主瓣的寬度，適應不同的需求。八、演示實驗問題 1.通過觀看“微波暗室測試天線”視頻教學內容你了解了幾個問題？將這些

15、問題概括出來并作簡要回答。1 什么是微波暗室？ 微波暗室是一個電磁屏蔽、室內每面均覆蓋吸波材料的房間。由于造價等原因，電波暗室方案通常適用于微波波段，故取名為微波暗室。2 微波暗室怎么工作？ 微波暗室的工作原理：根據(jù)電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規(guī)律，利用高磁導率鐵氧體引導電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。3 微波暗室適用于哪些情況？ 微波暗室主要用于輻射無線電騷擾(EMI)和輻射敏感度（EMS）測量，微波暗室的尺寸和射頻吸波材料的選用主要由受試設備（EUT）的外形尺寸和測試要求決定。4 微波暗室的組成？ 微波暗室由屏蔽室、吸波材料、信號

16、傳輸板、轉臺、天線、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。   2.通過觀看“矢量網絡分析儀的使用”視頻教學內容你了解了幾個問題？將這些問題概括出來并作簡要回答。1 什么是矢量網絡分析儀？ 矢量網絡分析儀器是一種電磁波能量的測試設備。矢量網絡分析儀的原理與使用力直接決于系統(tǒng)的動態(tài)范圍指標。相位波動參數(shù)的測試是利用矢量網絡分析儀的電子延遲(Electrical Delay)功能來實現(xiàn)的。2 矢量網絡分析儀怎么工作？ 矢量網絡分析儀本身自帶了一個信號發(fā)生器，可以對一個頻段進行頻率掃描.如果是單端口測量的話，將激勵信號加在端口上，通過測量反射回來信號的幅度和相位，以判斷出阻抗或者反射情況。而

17、對于雙端口測量，則還可以測量傳輸參數(shù)。由于受分布參數(shù)等影響明顯，所以網絡分析儀使用之前必須進行校準。3 矢量網絡分析儀用于什么情形？矢量網絡分析儀可用于測量微波器件的電壓駐波比（或回波損耗）、幅度、相位、時延等，還可以作為近場測量和遠場測量的主要核心部件。 3.我們使用的矢量網絡分析儀可以測試二端口網絡的S參數(shù)，試采用矢量網絡分析儀設計一個天線方向圖測試系統(tǒng)，并說明測試方法。 1）測試系統(tǒng)：2） 測試方法：在室外遠距離測試時，通常采用分體式矢量網絡分析儀的方案進行測試，如圖2所示。其原理為：在進行傳輸參數(shù)測試時，主控計算機通過總線接口控制轉臺和分體式矢網協(xié)調工作，根據(jù)天線在不同轉動角度時測得的

18、傳輸參數(shù)最終計算出天線的方向性特性參數(shù)，外部鎖相，收發(fā)分置的方式來進行測試。發(fā)射端的合成信號源輸出的微波信號經微波放大器送至發(fā)射天線發(fā)射出去，測試天線和參考天線所接收信號分別送到測試混頻組件和參考混頻組建與本振信號進行混頻，產生中頻信號，參考中頻信號通過電纜回送到天線測試裝置中的中頻放大電路進行放大后，送到AV3630型四通道幅相接收機。測試中頻信號通過使用一對雙工器經測試混頻組件的本振饋送電纜回送到天線測試裝置中的中頻放大電路進行放大，然后才送到AV3630型四通道幅相接收機中。 4.試采用矢量網絡分析儀和標準增益天線及其他輔助天線設計一個天線增益測試系統(tǒng)，并說明測試方法。用比較法來測量天線增益，用一個增益已知的天線作標準天線，通過與標準天線的比較來測量天線的增益。然后再通過矢量網絡分析儀來對增益測量進行誤差分析，通常情況下，大多數(shù)的矢量網絡分析儀通過S11比值測量來進行時域變換測量。S11反射測量不是簡單的顯示A或B接收機接收到的反射信號的大小，它顯示測量接收機與參考接收機之間的比值測量結果。此外S11