(整理)天線測量與微波測量實驗講義

1、天線測量與微波測量實驗講義（試用）實驗一、喇叭天線方向圖的測量、實驗目的：1、 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。實驗原理:角錐喇叭天線如上圖所示，H面和E面方向圖的計算公式為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、實驗裝置:測量方向圖所需的基本設備可分為發(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驗將被測天線作為接收天線。實驗所用設備方框圖如下被測天線安裝在方位角可旋轉的支架上。4、 實驗內容和步驟：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） 。測量時找準最大輻射方向，否則測試結果誤差很

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，至少應檢驗兩次。以此最大輻射方向作為0 =00的方向。選擇適當?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應密集一些，在方向圖變化緩慢的部分測試的點可稀疏一些） 。5、 實驗注意事項：1 、 由于條件所限， 不能測晶體定標曲線， 故應適當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， 這樣就可以認為檢波器是平方律檢波。2 、 由于測量天線方向圖的儀器設備僅有一套， 要求在實驗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、預習要求：1、計算測試距離；（喇叭口面尺寸為：ah=140mm,b=104mm工作頻率 f=9.0GHz）2、復習角錐喇叭天線方向圖變化規(guī)律；3、設計出記錄數(shù)據(jù)的表格；4、寫出預習報告;5、復習測試天線輻射特性時對最小測試距離的要求。七、實驗報告要求：1 、寫出實驗名稱、作者、合作者、實驗原理, 畫出實驗裝置方框圖 , 注明測試條件（ 包括測試距離、天線架設高度等）;2、根據(jù)測試結果在坐標紙上畫出方向圖；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。實驗二、喇叭天線增益的測量一、實驗目的：1 、掌握用相同天線法測量天線增益的原理；2、學會用相

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(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)天線最大輻射方向對準；(4) 、先將功率計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，將功率計接于隔離器的右端測出并 記錄R (注意：此時必須把功率計的量程置于最大量 程檔，以防功率過大而燒壞功率計)，測出收、發(fā)天線 的距離R將所測結果代入公式計算即可得待測天線 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)，分別計算

8、出待測 天線的增益，取其算術平均值作為最終測試結果。注意:在進行測量時,應盡量使收、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對準。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 、 復習對最小測試距離的要求, 并計算出最小測試距離;（ 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 、設計出記錄數(shù)據(jù)的表格 , 寫出預習報告。五、實驗報告要求：1 、寫出實驗名稱、作者、同作者、實驗原理, 畫出實驗裝置方框圖 , 注明測試條件（ 包括測試

9、距離、 天線架設高度等）,給出實驗結果;2、分析可能引起測量誤差的因素。實驗三、帶通濾波器的性能測試一、實驗目的1 .熟悉AV3616XAfe量網(wǎng)絡分析儀的使用;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、實驗原理般濾波器都可以看作一個二端口網(wǎng)絡，如下圖所示Pl ZlL定義TiT2工程上習慣于用插入衰減L來描述濾波器的工作特性。為當網(wǎng)絡輸出端口接匹配負載時,網(wǎng)絡輸入端口的入射功率P與負載所得到的功率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、測試方框圖和實驗內容掃頻信號源測試方框圖實驗內容：1.用AV3616XAfe量網(wǎng)絡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 ）與頻率的關系曲線（如下圖示），由此曲線就可了解濾波器的性能指標。2.測試濾波器在通帶范圍內的最1. 設置掃頻信號源的輸出功率（7dBm）;2. 給掃頻信號源設置適當?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)僅供設置起始頻率和終止頻率時參考）；3. 在標量網(wǎng)絡分析儀上設置傳輸和反射的輸入端口；4. 對標量網(wǎng)絡分析儀進行校準 ;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) 與頻率的關系曲線, 并在曲線上標明ILP和I LS的值以及所對應的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載記錄其在通帶范圍內的最大駐 波比。五、預習要求1. 認真閱讀AV3616XA標量網(wǎng)絡分析儀的使用說明書，熟悉其使 用方法 ;2. 熟悉實驗原理、實驗內容和實驗步驟;3. 寫出預習報

12、告, 并設計好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實驗報告要求1. 寫出實驗名稱、 作者、 同作者、 實驗原理 , 畫出實驗裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡分析儀的設置參數(shù);2. 根據(jù)測試結果在坐標紙上畫出濾波器的傳輸損耗與頻率的關系曲線；3. 分析可能引起測量誤差的因素。實驗四、定向耦合器性能的測試一、實驗目的1 .進一步熟悉AV3616X麻量網(wǎng)絡分析儀的使用；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、實驗原理定向耦合器常用于對規(guī)定流向微波信號進行取樣。在無內負 載時，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡。下圖給出了具有內負載 （在副線的隔離端口接上匹配負載）的定向耦合器的方框圖，

13、它其耦合度定義為當主線輸出端口接匹配負載時， 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副線耦合輸出端口接匹配負載時,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。其方向性定義為當主線的輸出端口接匹配負載時 ,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、實驗內容和測試方框圖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(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）與頻率的關系曲線，由此曲線可得它的耦合度與頻率 的關系曲線。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（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）與頻率的關系曲線，由此曲線可得它的主線損耗與頻率的關系曲線。3.方向性的測試定向耦合器網(wǎng)絡 分析儀在定向耦合器的工作頻率范圍內（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）與頻率的關系曲線，由此曲線可得它的方向性與頻率 的關系曲線。4.定向耦合器主線輸入端口駐波比的測試（此次暫不做） 在實驗內容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載，測出定向耦合器主線輸入端口在其工作

16、頻率范圍內 (0.8 2GHZ) 的駐波比曲線。四、實驗步驟1. 設置掃頻信號源的輸出功率(7dBm);2. 給掃頻信號源設置適當?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3. 在標量網(wǎng)絡分析儀上設置傳輸和反射的輸入端口 ;4. 對標量網(wǎng)絡分析儀進行校準 ;5. 分別按四個實驗內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) 與頻率的關系曲線、主線輸入端口在其工作頻率范圍內 (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的(Kc) min、(Ko)ma八(KD)min 和(SWR)。五、預習要求1. 熟悉實驗原理、實驗內容和實驗步驟 ;2. 寫出預習報告, 并設計好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實驗報告要求1. 寫出實驗名稱、作者、同作者、實驗原理, 畫出實驗裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡分析儀的設置參數(shù);2. 根據(jù)測試結果在坐標紙上畫出定向耦合器在其工作頻率范圍內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。實驗五、微波功分器的性能測試一、實驗目的1 .掌握AV3616X雨量網(wǎng)絡分析儀的使用；2 .掌握測試微波功分器性能的方法。二、實驗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。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。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 電壓的幅度關系（由于標量網(wǎng)絡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系我們 無法知道）；將兩個信號輸出端口均接上匹配負載，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、實驗內容和實驗方框圖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 分析儀在功分器的工作頻率范圍內（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 均接上匹配負載，測試信號輸入端口的駐波比與頻率的關系曲線。四、實驗步驟1. 設置掃頻信號源的輸出功率(7dBm);2. 給掃頻信號源設置適當?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3. 在標量網(wǎng)絡分析儀上設置傳輸和反射的輸入端口 ;4. 對標量網(wǎng)絡分析儀進行校準 ;5 分別按三個實驗內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) 與頻率的關系曲線和信號輸入端口的駐波比SWRW頻率的關系曲線。五、預習要求1. 熟悉實驗原理、實驗內容和實驗步驟 ;2. 寫出預習報告, 并設計好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實驗報告要求1. 寫出實驗名稱、作者、同作者、實驗原理, 畫出實驗裝置方框圖 , 注明座位號以及網(wǎng)絡分析儀的設置參數(shù);2 .根據(jù)測試結果在坐標紙上畫出功分器在其工作頻率范圍內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)與頻率的關系曲線和信號輸入端口的駐波比SWR與頻率的關系曲線；3 .根據(jù)實驗結果判斷功分器的性能；4 .分