通信天線與饋電實驗報告

1、通信天線與饋電實驗報告2015年12月01日實驗一 同軸線插損和回損測試一、實驗目的（1）掌握采用矢網(wǎng)測試同軸線性能的方法。（2）認識互易有耗網(wǎng)絡的端口特性。二、實驗步驟（1）設置頻率范圍為1800MHz-2200MHz，步長為5MHz；（2）設置測試項目為回損；（3）將電橋入口與矢網(wǎng)射頻輸出口通過電纜相連，電橋出口與矢網(wǎng)輸入A口通過電纜相連，電橋測試口與開路器相連，校準開路；電橋測試口與短路器相連，校準短路；（4）將待測同軸線1口與電橋測試口相連，待測同軸線2口與匹配負載相連，記錄S11數(shù)據(jù)；將1口和2口對調(diào)，記錄S22數(shù)據(jù)（5）矢網(wǎng)復位，測試項目設置為插損；（6）將矢網(wǎng)射頻輸出口與矢網(wǎng)輸入

2、A口通過電纜相連，校直通；（7）接入待測同軸線。將待測同軸線2口與矢網(wǎng)射頻輸出口相連，記錄S12數(shù)據(jù)。將待測同軸線端口對調(diào)，將待測同軸線1口與矢網(wǎng)射頻輸出口相連，記錄S21數(shù)據(jù)。三、數(shù)據(jù)處理（1）列表并繪制S21和S12曲線，并分析同軸線的端口特性；（2）列表并繪制S112+S212和S222+S122曲線，分析同軸線的損耗特性。四、實驗結(jié)果（1）實驗原始數(shù)據(jù)記錄f/MHzS11(RL)/dBS22(RL)/dBS12(IL)/dBS21(IL)/dB180038.2039.60-0.65-0.68185034.9032.690.450.41190035.5930.48-0.53-0.7519

3、5032.5729.80-0.56-0.56200029.0629.22-0.02-0.15205027.7827.92-0.56-0.57210027.7329.82-0.58-0.69215028.5742.92-0.48-0.521、 回波損耗（RL）推導反射系數(shù)（S11）的公式RL=10log101S112,S11=1100.1RL同理可知S222、 插入損耗與S11及S21的關(guān)系IL=10log10S2121-S112，,S21=100.1IL(1-S112) 同理可知插入損耗與S22及S12的關(guān)系計算結(jié)果如下：f/MHzS11S22S12S2118000.0123030.01047

4、10.9278470.92462818500.0179890.0232011.052891.04816519000.0166150.0299230.9403850.91714919500.0235230.0323590.9370710.93730320000.0352370.0345940.9971030.98226820500.0408320.0401790.9368050.93570221000.0410680.0322850.9349180.92285521500.0372820.0071450.9462130.941235所以S112+S212和S222+S122的計算結(jié)果為f/MHz

5、S112+S212S222+S12218000.8550890.86100918501.0989741.10911619000.8414390.88521819500.8790890.87914920000.9660930.99541120500.8772060.87921821000.8533480.87511421500.8873130.89537曲線以及分析如下：由圖可見，在不同頻率時，同軸線的S21與S12參數(shù)基本相等，誤差較小，趨勢相同，可以說明同軸線是互易網(wǎng)絡。因為對于無耗二端口網(wǎng)絡，S212+S112=S122+S222=1，由圖可知，同軸線的損耗特性在1930和2100 MHz

6、附近損耗最大，但是總體上來說同軸線的損耗很小，在一定頻段可以看做是無耗原件。實驗二 功分器的端口特性測試一、實驗目的（1）熟悉采用矢網(wǎng)測量功分器性能的方法；（2）認識三端口網(wǎng)絡的端口特性。二、實驗步驟（1）設置頻率范圍為1800MHz-2200MHz，步長為5MHz；（2）設置測試項目為回損；（3）將電橋入口與矢網(wǎng)射頻輸出口通過電纜相連，電橋出口與矢網(wǎng)輸入A口通過電纜相連，電橋測試口與開路器相連，校準開路；電橋測試口與短路器相連，校準短路；（4）將電橋測試口與功分器1口（合口）相連，功分器2口和3口接匹配負載，記錄S11數(shù)據(jù)；將電橋測試口與功分器2口相連，功分器1口和3口接匹配負載，記錄S22

7、數(shù)據(jù)；（5）矢網(wǎng)復位，測試項目設置為插損；（6）矢網(wǎng)射頻輸出口與矢網(wǎng)輸入A口通過電纜相連，校直通；（7）矢網(wǎng)的射頻輸出口與功分器1口相連，矢網(wǎng)的輸入口A與功分器2口相連，功分器3口接匹配負載，記錄S21數(shù)據(jù)；矢網(wǎng)的輸入口A與功分器3口相連，功分器2口接匹配負載，記錄S31數(shù)據(jù)；矢網(wǎng)的射頻輸出口與功分器2口相連，矢網(wǎng)的輸入口A與功分器1口相連，功分器3口接匹配負載，記錄S12數(shù)據(jù)。三、數(shù)據(jù)處理（1）列表并繪制S31、S31和S12曲線，分析功分器的端口特性。（2）列表并繪制S112+S212+S312曲線，分析功分器的損耗特性。四、實驗結(jié)果實驗原始數(shù)據(jù)記錄：f/MHzS11(RL)/dBS22(

8、RL)/dBS12(IL)/dBS21(IL)/dBS31(IL)/dB180013.0210.70-3.92-2.31-2.31185013.3010.26-1.53-3.32-3.23190013.239.69-4.37-3.53-3.42195013.569.30-2.23-3.05-2.91200013.369.05-4.58-4.20-4.17205012.968.94-2.59-3.22-3.26210012.748.94-4.54-4.21-4.42215012.678.99-3.35-3.32-3.60經(jīng)過數(shù)據(jù)計算可得：f/MHzS11S22S12S21S3118000.223

9、3570.2917430.6090930.7471150.74711518500.2162720.3069020.7980290.666190.67312919000.2180220.3277180.5712530.6500170.65830219500.2098940.3427680.7267080.6882030.69938520000.2147830.3527770.5522560.6022050.60428820500.2249050.3572730.6931810.6725560.66946621000.2306750.3572730.5537920.5992760.58496121

10、500.2325410.3552220.6356390.6636330.642582f/MHzS112S212S312S112+S212+S31218000.0498880.558180.558181.16624918500.0467740.4438090.4531020.94368519000.0475340.4225220.4333610.90341719500.0440550.4736230.4891391.00681820000.0461320.3626510.3651640.77394720500.0505820.4523320.4481850.95109921000.0532110

11、.3591310.3421790.75452121500.0540750.4404090.4129110.907396曲線及分析如下：由上圖分析可知，該三端口網(wǎng)絡不具有互易性，1口接波源時，2，3端口功率平均分配。由以上數(shù)據(jù)可知，該三端口網(wǎng)絡是有耗網(wǎng)絡，在頻率2000MHz以下的低頻段損耗較大，在2000MHz以上的頻段分布較為規(guī)律，但損耗仍然較大（S112+S212+S312平均在0.85），存在誤差。實驗三 天線回損測試一、實驗目的（1）熟悉采用矢網(wǎng)測試天線輸入性能的方法；（2）認識帶有饋電網(wǎng)絡的天線輸入特性。二、實驗步驟（1）設置頻率范圍為1800MHz-2200MHz，步長為5MHz；

12、（2）設置測試項目為回損；（3）將電橋入口與矢網(wǎng)射頻輸出口通過電纜相連，電橋出口與矢網(wǎng)輸入A口通過電纜相連，電橋測試口與開路器相連，校準開路；電橋測試口與短路器相連，校準短路；（4）將待測天線與電橋測試口相連，記錄反射系數(shù)（記為1）；（5）在電橋測試口與待測天線之間用同軸線相連，記錄反射系數(shù)（記為in）。 三、數(shù)據(jù)處理（1）利用同軸線S參數(shù)（實驗一）和天線反射系數(shù)1，計算天線接同軸線后的反射系數(shù)in'，將計算得到的反射系數(shù)in'和測得的反射系數(shù)in進行比較，并分析產(chǎn)生差異的原因。（2）功分器3口接匹配負載，功分器2口接天線，利用功分器S參數(shù)（實驗二），計算在功分器1口的反射系數(shù)

13、。四、實驗結(jié)果原始數(shù)據(jù)如下f/MHzRL(1)/dBRL(in)/dB18000.313.2418500.672.1919001.322.4119506.726.12200015.7713.6720502.725.8521000.972.0921500.572.92已知同軸線S矩陣與天線反射系數(shù)1，求理論的反射系數(shù)in'：一般的S矩陣數(shù)學形式以及實際模型如下圖：S11S12S21S22由于S矩陣反映的是各端口入射電壓和出射電壓的關(guān)系，因此由上面的S矩陣以及輸入輸出可列方程：b1b2=S11S12S21S22a1a2即b1=S11a1+S12a2 (1)b2=S21a1+S22a2 (2

14、)因為2端加入了天線負載，其反射系數(shù)1為a2與b2的比值。所以可列以下方程：a2=1b2 (3)將（3）代入（1）（2）可得：b1=S11a1+S121b2 (4)b2=S21a1+S221b2 (5)解（5）可得b2=S211-S221a1 (6)將（6）代入（4）可得：b1=S11a1+S121S211-S221a1 因為根據(jù)in'的定義：in'=b1a1 所以in'=S11+S121S211-S221經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可得：f/MHz1in'計算值in18000.9649390.8485870.68865218500.9257631.0620890.7771

15、4119000.8590140.7770380.75770519500.4613180.4348480.49431120000.1627420.1955330.20725320500.7311390.7011240.50991821000.8943350.8356370.7861421500.9364830.876940.714496由上圖分析可知，曲線整體趨勢符合。除了在中間頻段2000MHz左右計算求得的in'比實驗測得值偏小以外，其他各點數(shù)值都相對偏大，造成這種實驗誤差的可能性是因為實驗中的同軸線有一定損耗，因此理論計算值較實測值更大。根據(jù)功分器的參數(shù)計算功分器1口的反射系數(shù)（用

16、in'表示）：根據(jù)上面的計算，可列類似的方程組：b1=S11a1+S12a2+S13a3 (1)b2=S21a1+S22a2+S23a3 (2)b3=S31a1+S32a2+S33a3 (3)由于3端接的是匹配負載，因此a3=0，由此可得：b1=S11a1+S12a2 (4)b2=S21a1+S22a2 (5)b3=S31a1+S32a2 (6)由于已知a2=1b2，而所求的in'滿足b1=in'a1，所以根據(jù)計算可得：in'=S11+S121S211-S221 利用此計算公式可得：f/MHzS11S22S12S211in'18000.2233570.2917430.6090930.7471150.9649390.83451418500.2162720.3069020.7980290.666190.9257630.90377619000.2180220.3277180.5712530.6500170.8590140.661973