2023年天線實驗報告

實驗一半波振子天線的制作與測試

一、實驗目的

1、掌握50歐姆同軸電纜與SMA連接器的連接方法。

2、掌握半波振子天線的制作方法。

3、掌握使用“天饋線測試儀”測試天線VSWR和回波損耗的方法。

4、掌握采用“天饋線測試儀”測試電纜損耗的方法。

二、實驗原理

（1）天線阻抗帶寬的測試

測試天線的反射系數(shù)（Su）,需要用到公式（1-1）:

s“=》弩=氏樂（m（1-1）

4+A）

根據(jù)公式（1-1），只要測試出來的I值低于某個特定的值，就可以說明在此條件下天線的

阻抗ZA接近于所規(guī)定的阻抗（匹配），在天線工程上，Z。通常被規(guī)定為75。或者50Q,

本實驗中取Zo=5OQo天線工程中通常使用電壓駐波比（VSWR）p以及回波損耗（Retu

rnLoss,RL）來描述天線的阻抗特性,它們和的關系可以用公式（1-2）和（1-3）描述：

/?L=-201g（in）[dB]o（1-3）

對于不同規(guī)定的天線，對阻抗匹配的規(guī)定也不同樣，該規(guī)定列于表1-1中。

表1-1工程上對天線的不同規(guī)定（供參考）

天線帶寬駐波系數(shù)p的規(guī)定反射系數(shù)1「1的反射損耗RL的規(guī)定

規(guī)定

窄帶（相對帶寬5%以下）pW1.2或1.5gWO.09或0.2>21dB或14dB

寬帶（相對帶寬20%以下）pW1.5或2|r|W0.2或0.33914dB或10dB

超寬帶2或2.5,甚至更大f區(qū)0.33或0.43>10dB

(2)同軸電纜的特性阻抗

本實驗采用50歐姆同軸電纜，其外皮和內(nèi)芯為金屬，中間填充聚四氟乙烯介質(zhì)(相對介電常

數(shù)邑=2.2)。其特性阻抗計算公式如下：

(1-4)

式中a——內(nèi)芯直徑；

b---外皮內(nèi)直徑。

三、實驗儀器

(1)AnritsuS331D天饋線測試儀

圖1-1AnritsuS331D天饋線測試儀

表1-2AnritsuS331D天饋線測試儀重要性能指標

參數(shù)名稱參數(shù)值

頻率范圍25MHz-4000MHz

頻率分辨率1OOkHz

輸出功率<OdBm

回波損耗范圍0.00-54.00dB(分辨率:0.OldB)

駐波比范圍0.00-65.00(分辨率：0.01)

(2)50歐姆同軸電纜、SMA連接器、熱塑管、直徑2.5mm和0.5mm銅絲、泡沫(用于

支撐和固定天線)和酒精棉等。

(3)工具，重要涉及：裁紙刀、尖嘴鉗子、斜口鉗子、砂紙、挫、尺和電烙鐵等。

四、實驗環(huán)節(jié)

1、半波振子天線的制作

制作大錢時要理要去全，使用電熔鐵和栽歆力時應得和整意。

（1）截取一段長度為10cm的50歐姆同軸電纜。

（2）用裁紙刀將電纜兩端藍色的電纜護套各剝?nèi)?cm。

（3）將SMA同軸連接器與電纜相連接，具體操作環(huán)節(jié)如下：

?用裁紙刀將電纜一端的外皮和聚四氟乙烯介質(zhì)切掉1cm.保存電纜內(nèi)芯。注意：在

環(huán)切外皮和介質(zhì)時,盡量不要切到內(nèi)芯;在切斷外皮和介質(zhì)后,可以用尖嘴鉗夾住

待去掉的部分左右晃動并拔下。

?用斜口鉗子剪斷電纜內(nèi)芯的一部分，留下約3mm~4mm的長度。

?用砂紙打磨電纜內(nèi)芯和金屬外皮，并用酒精棉擦拭干凈。

?將電纜內(nèi)芯插入針內(nèi)，并用焊錫焊接牢固。

?將SMA連接器的J頭（內(nèi)螺紋）與K頭（外螺紋）相連（目的是防止焊接時由于過

熱,連接器內(nèi)的聚四氟乙烯膨脹變形、高出金屬部分）,將針和電纜插入SMA連接

器的另一端，用力推緊，然后用電烙鐵將SMA連接器與電纜外皮焊接。注意:焊錫

要充足熔化，直至流入SMA連接器與電纜的縫隙內(nèi)（即在SMA連接器的孔內(nèi)看到

焊錫,若很難熔化,是由于銅散熱過快,可采用兩個電烙鐵同時加熱）。

?剪適當長度的熱塑管，套在同軸電纜上，覆蓋住露出外皮的同軸電纜，使用電烙鐵

或熱風槍對熱塑管加熱，使其收縮。

（4）制作半波振子天線

?計算諧振頻率戶2.4GHz的半波振子的每個臂長//2,用斜口鉗子截取兩端銅

絲，長度均為〃2。注意:組I采用直徑為0.5mm的銅絲,組2采用直徑為

的銅絲。

?將制作好的同軸電纜的一側（另一側為SMA連接器）去掉2cm藍色護套,再去掉1c

m金屬外皮，最后去掉8mm聚四氟乙烯介質(zhì)。

?截取長10cmX寬4cm的泡沫，用錐子在其中心打個孔，并在其表面制作出一條溝（長

度略長于半波振子，寬度和深度約為半波振子直徑）。

?將制作好的同軸電纜從泡沫的中心孔插入，截取一小段細銅絲，在同軸電纜的金屬

外皮上纏繞2-3圈，留出約0.5cm-lcm的長度，用于與半波振子的一個臂進行焊

接。同時，將同軸電纜的內(nèi)芯與半波振子的另一個臂進行焊接。

?將制作好的半波振子固定在泡沫上（預先制作好的溝內(nèi)）,用透明膠帶固定好。半波

振子制作完畢。

2、天線阻抗帶寬測試

（1）開機與校準

?點擊on/off按鍵,來啟動AnritsuS331D天饋線測試儀。

?點擊數(shù)字1,以打開背景燈。

?點擊MODE,運用上下鍵選擇回波損耗。

?點擊FREQ,再點擊Fl,輸入1800,點擊ENTER;點擊F2,輸入2600,點擊E

NTERo

?點擊STARTCAL,屏幕出現(xiàn)“連接開路器到信號輸出端口”，從屏幕右側的袋

子里取出校準器件，將OPEN端連接至天饋線測試儀的電纜（注意，先將電纜上的

N轉SMA連接頭擰下），連接后點擊ENTER。當屏幕上出現(xiàn)“連接短路器到信號

輸出端口”時，將SHORT端連接至天饋線測試儀的電纜，連接后點擊ENTER。

當屏幕上出現(xiàn)“連接負載到信號輸出端口”時，將校準件負載端（除了。Pen和

sh。rt外的第三個端口）連接至天饋線測試儀的電纜，連接后點擊ENTER。至此校

準完畢。

?將校準件擰下，放回原處，將N轉SMA連接頭與天饋線測試儀電纜連接好，準備

測試。

（2）天線回波損耗和VSWR測試

?將所制作的天線連接至天饋線測試儀電纜的SMA端口。觀測天線的回波損耗隨頻

率的變化。此時,橫軸共10格,包含了1800MHz-2600MHz的頻率范圍，每格80

MHz。點擊MARK,再點擊Ml,點擊編輯，輸入頻率（如2023）,按ENTER鍵。

再添加3個MARK，找到回波損耗小于10dB的頻點。

?點擊MODE,運用上下鍵選擇VSWR,點擊ENTER。觀測VSWR<2的頻帶范

圍。

?保存天線回波損耗和VSWR測試結果，撰寫實驗報告。

3、實驗數(shù)據(jù)和實驗報告

1、觀測所制作的半波振子天線，測量天線的總長度和直徑，填入表1-建

2、觀測待測天線的回波損耗，將回波損耗小于1OdB的低頻點、高頻點和中心頻點填入表

1-1,并計算中心波長，填入表1-1O

3、觀測待測天線的VSWR,將VSWR小于2的低頻點、高頻點填入表I-1。

4、計算半波振子天線長度直徑比和長度波長比,填入表1-1。

5、寫出天線的工作頻率范圍、絕對帶寬、相對帶寬、比帶寬，填入表1-2。請回答：該帶寬

屬于那一種帶寬阻抗帶寬（阻抗帶寬、方向圖帶寬、增益帶寬、極化帶寬）。

表1-1天線參數(shù)

組別半波振子長度//L(RL<10dB)fH(RL<10dB)加)/2Ao=c/fi)

組16.3cm2050.60MHz2300.00MHz2175.30MHz13.8cm

組25.4cm2050.60MHz2458.90MHz2254.75MHz13.3cm

組別半波振子直徑d/L(VSWR<2)(VSWR<2)Ud//Ao

組10.5mm2224.60MHz2461.60MHz1260.46

組22.5mm1900,00MHz2500.00MHz2160.41

表1-2天線帶寬計算

天線工作頻率范圍絕對帶寬相對帶寬比帶寬

2050.60MHz408.3

0.1811.199

?2458.90MHzMHz

五、思考題

1、根據(jù)天線的測試結果，解釋“末端效應”。

答：由于天線上每一點都產(chǎn)生輻射，即電流波在天線上一邊傳輸一邊輻射，使得電流有衰減,

電流傳播的相速減小，波長縮短，相位常數(shù)大于自由空間相位常數(shù)。此外，對稱振子有一

定直徑，其饋電端和末端分布電容增大，末端電流實際不為零，振子愈粗，末端效應愈顯

著。

實驗二超寬帶天線測試（演示實驗）

一、實驗目的

1、了解超寬帶天線的概念及特點

2、了解現(xiàn)代天線測試系統(tǒng)的組成

3、了解現(xiàn)代天線測試儀器設備及其使用方法

4、了解超寬帶天線重要參數(shù)的測試方法

二、實驗原理

超寬帶天線是一種具有極寬阻抗帶寬的天線，其比帶寬一般可以達成2：1以上,現(xiàn)代超寬帶天

線的阻抗帶寬可以達成30:1以上，可以覆蓋多個波段，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的多個天線的功能，所以

受到了研究者的廣泛關注。

超寬帶天線不僅需要具有極寬的阻抗帶寬，即它的阻抗要在極寬的頻帶內(nèi)保持在一個范圍

內(nèi)，還需要具有極寬的方向圖帶寬、增益帶寬以及極化帶寬。現(xiàn)代的超寬帶天線還需要具有

穩(wěn)定的相位中心，即可以不失真地輻射時域脈沖信號。根據(jù)以上對超寬帶天線的規(guī)定,可以結

合所學習的天線原理進行如下天線測試的內(nèi)容：

(1)天線阻抗帶寬的測試

參見實驗一中二(1)內(nèi)容。

(2)主極化方向圖的測試

方向圖的測試需要測試天線在阻抗帶寬內(nèi)的各個頻點的遠場的方向圖，一般最少要測試3個

頻點，即下限頻點力、上限頻點力和中心頻點/'o,對于更寬的頻帶，要根據(jù)具體情況多測試

一些頻點的方向圖,以便全面了解天線的參數(shù)。

在工程上，一般不需要遠場的三維方向圖，而只需要測試兩個主平面的方向圖曲線,對于線

極化天線來說，這兩個主平面為E面和H面。因此,在天線測試前，還需要判斷天線的極化方

式。在滿足天線測試的極化匹配和阻抗匹配的條件下，所測試的方向圖為單一頻點的功率方

向圖,所依據(jù)的原理為公式(2-1)：

=——GPg)(2-1)

4萬

在不同角度e的時候，接受天線接受的功率與自身的功率方向性函數(shù)。(。)有關，因此將待測

天線作為接受天線放置在一個可以接受到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，并且繞自身軸

線轉動一周，這樣不同角度，處就可以接受到不同大小的功率，據(jù)此天線的功率方向圖就可

以繪制出來。

以上的測試方法涉及到了以下的條件：

①天線可以接受到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域,這需要一個無外界干擾的模擬自由空

間的環(huán)境，還需要一個均勻平面波的發(fā)射源；

②天線可以繞著自身軸線轉動，這需要一個轉臺；

③天線的接受功率可以測試，這需要一個功率計。

上述三條的解決方法是：

①無外界干擾的模擬自由空間的環(huán)境：在微波暗室內(nèi)測試，微波暗室的工作頻帶需要符合天

線測試所需要的頻率范圍，微波暗室的大小需要滿足天線工作的遠場條件，這個遠場條件需

器件測試的高性能儀器。它通過對快掃描速度，寬動態(tài)范圍、低軌跡噪聲和靈活的連通性的

對的組合，可以快速、精確地測試微波元件的網(wǎng)絡參量(5參數(shù))。其重要性能指標見表2

—1O

圖2-1Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀

表2-1重要性能指標

Frequency(GPortlPower,TypicaNoiseF1ooratPortSystemDynamic

Hz)12(dBm)Range

0.0410-8292

211-104115

207-101108

(2)CST-1型自動測試轉臺

本實驗采用的是CST-1型自動測試轉臺(圖2-2),該型轉臺為二維轉臺，可以實現(xiàn)方位±36

0°轉動以及俯仰±90。轉動，轉動精度為0.05°。

圖2-2CST-1型自動測試轉臺

(3)Agi1entHP8449B微波前置放大器

本實驗采用的是AgilentHP8449B微波前置放大器，用于對接受天線收到的電磁信號進

行放大，參數(shù)如下:

?噪聲系數(shù)：1.0GHz~12.5GHz-8.5dB;12.5GHz~22.0GHz-12.5dB；；2

2.0GHz~26.5GHz-14.5dB

?最小增益:23.5dB

?增益平坦度:1.0GHz?26.5GHz-±4.5dB

?連接器類型:ACP-3.5male

圖2-3AgilentHP8449B微波前置放大器

(4)XB-GH型標準增益天線、發(fā)射天線及待測天線

?標準天線為喇叭天線，其增益穩(wěn)定，如圖2-4(a)所示，圖中的一系列標準增益喇

叭可以合用于0.5—40GHz,本實驗測試所需要的喇叭天線有以下3個：

表2-2喇叭天線型號與參數(shù)

喇叭天線型號工作頻率(GHz)天線增益

XB-GH340-18N2.17-3.319.5dBf=3.1GHzGain=

19.5dB

XB-GH137-20N5.38?8.1719.8dB>6.85GHzGain=1

9.8dB

XB-GH90-20N8.2?12.420.5dB/=10.6GHzGai

n=20.5dB

?發(fā)射天線為一超寬帶加脊喇叭天線，如圖2—4(b)所示，工作頻率范圍為1—18GHz,

增益為6-18dB；

?待測天線一個，為全向超寬帶天線，如圖2-4(c)所示，其理論計算的下限頻率如下式

所示。

32

/(GHz)=^—

r(cm)

(a)標準增益喇叭天線

(b)超寬帶喇叭天線

(c)全向超寬帶天線

圖2-4實驗所需要的各類天線

(4)微波暗室

本實驗所使用的微波暗室為9mx6mx6m暗室，工作頻率范圍為0.5-40GHz,合用范圍很廣,

如圖2-5所示。

圖2-5微波暗室

2、實驗裝置圖

本實驗所使用的實驗設備需按照圖2-6進行連接。

微波暗室區(qū)域

7待測天線

.發(fā)射天線

測試電線.

S.標準天線

S升

降

高度

臺

與極

轉臺化控

酬則

據(jù)傳輸線

計算機

圖2-6實驗裝置框圖

3、實驗環(huán)節(jié)

(1)駐波系數(shù)的測試

環(huán)境：微波喑室

設備:Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀、固定天線夾具

操作環(huán)節(jié)：

①打開矢量網(wǎng)絡分析儀,選擇導入全波段校準數(shù)據(jù)，界面選擇測試S11，顯示格式為SWR,

顯示比例為每縱格0.5,將起始頻率和終止頻率設立為1GHz和16GHz,并設立頻點/.=

3.1GHz、△=10.6GHz、fo=6.85GHz,此時矢網(wǎng)的輸出功率電平應保持默認值（一17

dBm）o

②將天線裝入固定夾具,然后將網(wǎng)絡分析儀的PortA端口與天線饋電端口相連，將天線輻射

體置于遠離周邊障礙物的地方（超過50cm），測試此時的駐波系數(shù)，重點觀測心、及和力頻

點的駐波系數(shù)，并記錄到表I1—1中。

③設立Mark,觀測天線在3.1—10.6GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄

到表IL1中。

④觀測天線的駐波系數(shù)低于2.0時的下限頻率和上限頻率，記錄到表II中。

⑤晃動天線，觀測此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。

（2）主極化方向圖的測試

環(huán)境：微波暗室

設備：Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀、固定天線夾具、10米低損耗電纜兩根、1

米低損耗電纜一根、工控機（含天線測試系統(tǒng)軟件）、GPIB線、串口線、天線測試轉臺、發(fā)

射天線及專用支架、天線測試專用夾具、低噪聲放大器（選件）。

工具：激光筆

①將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉臺上，安裝時需

保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉臺中心的偏差在3cm以內(nèi)（用激光筆測試），保證

天線垂直極化；

②將一根10m低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接低噪聲放大器的輸入

口上，然后用1m低耗電纜將低噪聲放大器的輸出口與矢量網(wǎng)絡分析儀的PORTB端口相

連接（若無低噪放則將10m電纜的另一端通過1m低耗電纜與矢量網(wǎng)絡分析儀的PORT

B端口相連接）；

③將與發(fā)射天線相連接的另一根10m低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡分析儀的PORTA端口向連接;

④調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測天線輻射體中心同

一高度，用激光筆測試偏差不超過5cm;

⑤將工控機與矢量網(wǎng)絡分析儀通過GPIB線連接在一起，啟動計算機，進入到天線測試系統(tǒng)軟

件界面，點“初始化”鍵，然后進行測試頻點設立，分別設立頻點3個：力=3.1GHz、力=10.6G

Hz>6.85GHzo

⑥進行天線方向圖的自動測試，轉臺水平旋轉一周，計算機自動根據(jù)采集的數(shù)據(jù)輸出待測頻點

方向圖，做好存檔，此時測得的為天線H面方向圖；

⑦更換夾具，將天線按照水平極化的方式安裝在轉臺上，安裝時需保證天線輻射體中心的鉛

垂投影線通過轉臺中心的偏差在3cm以內(nèi)(用激光筆測試)，保證天線水平極化；

⑧調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為水平極化，口面中心與待測天線振子中心同一

高度，用激光筆測試偏差不超過5cm；

⑨按照環(huán)節(jié)⑤、⑥進行測試，做好計算機輸出方向圖的存檔，此時測得的為天線E面方向圖；

⑩繼續(xù)其余頻點的測試，根據(jù)存檔的E面和H面方向圖,觀測記錄如下內(nèi)容，并記錄到表II-2

中。

(a)峰值電平及角度坐標；

(b)主瓣寬度；

(c)方向圖的起伏限度(不圓度或者零值深度)

(3)增益測試

環(huán)境：微波暗室

設備：Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀、固定天線夾具、10米低損耗電纜兩根、1米

低損耗電纜一根、工控機(含天線測試系統(tǒng)軟件)、GPIB線、串口線、標準喇叭天線、天

線測試轉臺、發(fā)射天線及專用支架。

工具:激光筆

①將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉臺上，安裝時需

保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉臺中心的偏差在3cm以內(nèi)(用激光筆測試),保證天

線垂直極化：

②將一根10m低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接在矢量網(wǎng)絡分析儀的

PORTB端口上；

③將與發(fā)射天線相連接的另一根10m低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡分析儀的PORTA端口向連

接；

④調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測天線輻射體中心同

一高度，用激光筆測試偏差不超過5cm;

⑤調(diào)整待測天線與發(fā)射天線的最大輻射方向,讓兩個天線的最大輻射方向正對，具體地，調(diào)

試發(fā)射天線轉臺，使方位角為0°,然后，使待測天線的輻射體與發(fā)射天線正對，此處需要參

考(2)-⑩-(a)記錄的峰值電平及角度坐標值；

⑥啟動網(wǎng)儀,界面選擇測試S21,顯示格式為Log,顯示比例為每縱格10dB,參考電平設立

為-50dB,將起始頻率和終止頻率設立為1GHz和16GHz,并設立頻點力=3.1GHz、施=1

0.6GHz、fo=6.856出,,此時矢網(wǎng)的輸出功率電平設立為+3￡18171。

⑦記錄此時矢量網(wǎng)絡分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個頻點相應的04值,記錄為I521^(1=0,1,

2)；此時可適本地調(diào)整待測天線轉臺的方位角，直至各頻點相應的IS2」值最大，開始記錄;

⑧取下待測天線照標準天線保持垂直極化狀態(tài)，安裝到測試夾具上，使口面與發(fā)射天線正對，

口面中心與發(fā)射天線口面中心同一高度(用激光筆測試偏差不超過5cm);

⑨仿照環(huán)節(jié)⑦記錄此時矢量網(wǎng)絡分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個頻點相應的IS21I值，記錄

為IS?心(i=0,1,2);此時可適本地調(diào)整待測天線轉臺的方位角，直至各頻點相應的'll值最

大，開始記錄；

⑩將記錄的數(shù)據(jù)按照如下公式進行計算,求出待測天線在頻點八處的增益：Gxi(dB)=G.i

(dB)-|S2iIsi(dB)+IS2l|xi(dB)(i=0,l,2),G，i(dB)是標準天線增益,可以查表求得。

記錄及計算所得的數(shù)據(jù)均要存檔備查(表11-3)。

4、登記表格

表ii-1駐波系數(shù)登記表

頻率6.8下限頻率為：上限頻率為：

3.110.6

(GHz)53.110.6

3.l-10.6GHz內(nèi)3.1-10.6GHz內(nèi)

VSWR1.21.21的的1.21.2

最小值為：1最大值為：1.3

表I1-2主極化方向圖登記表

92.57769

角度(°)092.29681

H12.29681

全面歸一化電平最小值：

0-3-3絕對峰值電平:-13.72dB

3.1G向(dB)-2.98

主瓣寬度：95.44°

Hz天-158.55

角度(°)079.5-44.4024不圓度：±25.77

線E12

面歸一化電平最小值：

0-3-3

(dB)—30.65

-125.81-125.812

角度(°)098.92081

H288

全面歸一化電平最小值：

0-3-3絕對峰值電平：-37.32dB

10.6向(dB)-5.66

主瓣寬度:35.03°

GHz天91.591.5-50.090

角度(°)0不圓度：土30.84

線E4797479739

面歸一化電平最小值：

0-3-3

(dB)-45.24

-125.6-12

角度(°)098.36641

H2565.6256

全面歸一化電平最小值：

0-3-3絕對峰值電平：-24.68dB

6.85G向(dB)—5.66

主瓣寬度:49.49°

Hz天14

角度(°)0148.255273.4616不圓度：±12.31

線E8.2552

面歸一化電平最小值：

0-3-3

(dB)-20.75

表I1-3增益測試登記表

頻率(GHz)3.110.66.85

IS2ilx(dB)-24.5-49.72-37.33

1S211s(dB)-8.1-23.9-18.3

Gs(dB)3.1-5.320.77

Gx(dB)19.520.519.8

四、實驗報告內(nèi)容

1、保存所測試天線三個頻點的E面和H面方向圖，保存天線VSWR的測試結果，粘貼到

下面。

答:

3.2GHz

8GHz8.2GHz

線極化超寬帶天線的H面方向圖

天晚參象：

樹成紋率：350amr

IMiS時間：2OI2-?-4

極化穆式：水平

該束狀有主極化

波雷至反：4900-

4值電平：-2466也

It后比：38341

3.5GHz

5383EST：

和儂率：5200HKt

測SW詞：2012-6-4

極化梗式：水平

波來狀再主極化

波膜窸度：W00,

*值電平：-32Y7也

前后比：*

5.0GHz5.2GHz

8GHz8.2GHz

8.4GHz

線極化超寬帶天線的E面方向圖

2、根據(jù)所測得的各個頻點的方向圖，判斷出待測天線的方向圖帶寬，和阻抗帶寬相比較，可以

得出什么結論？

答：兩者基本一致，都是在很寬范圍基本不變，是超寬頻帶天線。

3、根據(jù)表II-3中記錄的測試結果，計算出待測天線的增益，判斷出待測天線的增益帶寬。

答:Gx在很寬范圍內(nèi)基本保持不變，增益帶寬用比帶寬表達

4、根據(jù)表II-2中記錄的測試結果，分析該天線的輻射特性。（全向天線或定向天線）。

答：全向天線。

五、思考題

1、在駐波系數(shù)的測試中，晃動天線，觀測此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化,解釋發(fā)生這種

現(xiàn)象的因素。

答：這是由于測試者存在的因素，測試者自身就是一導體，天線發(fā)射出來的電磁波部分會打

到測試者身上并產(chǎn)生反射回天線,晃動天線,打到測試者身上并產(chǎn)生反射回天線的電磁波的

強度不同，導致了駐波系數(shù)測試的結果不一。

此外，由于微波暗室使用吸波材料吸去大部分的電磁波來模擬自由空間，但是還是有少量的

電磁波被反射回來，晃動天線時，電磁波傳播的邊界條件發(fā)生改變，也會導致駐波系數(shù)測試

的結果不一。

由于以上兩個因素，導致了矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。

2、解釋在不同頻點時天線的方向圖有很大區(qū)別的因素。

答:答：天線輻射出來的電磁波是由表面電流產(chǎn)生的，不同頻點上表面電流波長不同，在天

線表面的相位變化不同，若天線的尺寸遠大于表面電流波長,則會形成駐波電流，若天線的尺

寸遠小于表面電流波長，則會形成行波電流。而行波電流的輻射方向圖由于存在零點，會導

致天線輻射方向圖的分裂。

實驗三圓極化天線的測試(演示實驗)

一、實驗目的

1、了解圓極化天線的概念及特點

2、了解現(xiàn)代天線測試系統(tǒng)的組成

3、了解現(xiàn)代天線測試儀器設備及其使用方法

4、了解圓極化天線的測試方法

二、實驗原理

在電磁波的傳播過程中，可以傳遞信息的特性量涉及場的振幅、相位以及極化方式,在移動

通信和衛(wèi)星通信中，為了克制雨霧等的干擾和多徑效應，圓極化天線獲得了廣泛的應用。天

線實現(xiàn)圓極化的條件是，要激勵起兩個極化方向正交的、幅度相等的、相位相差90。的線極化

波。

根據(jù)以上對圓極化天線的條件規(guī)定，可以結合所學習的天線原理進行如下天線測試的內(nèi)容：

(1)天線阻抗帶寬的測試：

參見實驗一中二(1)內(nèi)容。

(2)圓極化天線軸比的測試

極化是指在與電磁波的傳播方向垂直的平面內(nèi)，電場矢量變化一周矢量末端所描繪出的軌跡,

根據(jù)軌跡形狀的不同天線的極化可以分為線極化、圓極化和橢圓極化三種形式，其中線極化

和圓極化為橢圓極化的特例。描述橢圓極化的參數(shù)有軸比、旋向和傾角。

橢圓極化軸比定義為長軸和短軸的比值，用r表達，以分貝為單位的軸比R為

R=201g(r)[dB]?(3-1)

當R=0dB時為圓極化,R=oo時為線極化。

橢圓極化的旋向是根據(jù)波的傳播方向和電場矢量的旋轉方向定義的，可以分為左旋橢圓極化

和右旋橢圓極化。一般地，天線的旋向是由天線自身的結構和饋電擬定的，是一個固定的參數(shù)。

傾角的定義與研究天線所選取的坐標系有關。如圖3-1所示的坐標系，其中+z向為波的傳

播方向，x軸為基準坐標軸，&為橢圓長軸，角度r定義為傾角，這里，+x方向、&方向和

波傳播方向成右手螺旋關系。

圖3-1橢圓極化的位置關系

一般的天線在嚴格意義上說均是橢圓極化天線，通常線極化天線容易實現(xiàn)，而圓極化天線較

難實現(xiàn)，所以通常采用極化圖形測量方法測試橢圓極化天線的軸比，用一個線極化天線為發(fā)

射源，它的極化方向垂直于收發(fā)天線的連線（收發(fā)天線軸），且可以繞收發(fā)天線軸旋轉。使待

測天線為接受天線，記錄接受的信號幅度與發(fā)射線天線轉角的關系曲線，就得到了待測天線

的極化圖。由極化圖可以擬定極化橢圓的長軸E“和短軸方向、極化軸比R以及傾角r,

極化圖可以采用極坐標形式，也可以采用直角坐標形式。

三、實驗內(nèi)容

1、實驗儀器與實驗環(huán)境

（l）Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀（參數(shù)同實驗二）

（2）CST-I型自動測試轉臺（參數(shù)同實驗二）

（3）XB-GH型標準增益天線、發(fā)射天線及待測天線

?本實驗測試所需要的喇叭天線為參數(shù)如下：

表3-1喇叭天線型號與參數(shù)

喇叭天線型號工作頻率天線增益片2.45GHzGain

XB-GH340-18N

?發(fā)射天線為一超寬帶加脊喇叭天線，參數(shù)同實驗二。

?待測天線為S波段圓極化天線陣（右旋圓極化），如圖3-2所示。

圖3-2實驗中的待測圓極化天線陣

（4）微波暗室（參數(shù)同實驗二）

2、實驗裝置圖

本實驗所使用的實驗設備需按照圖2—6進行連接。

3、實驗環(huán)節(jié)

（1）駐波系數(shù)的測試

環(huán)境：微波暗室

設備：Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀、固定天線夾具

操作環(huán)節(jié)：

①打開矢量網(wǎng)絡分析儀，選擇導入全波段校準數(shù)據(jù),界面選擇測試S11,顯示格式為SWR,

顯示比例為每縱格0.5,將起始頻率和終止頻率設立為2GHz和3GHz,并設立頻點力=2.3GH

z、及=2.5GHz、W=2.4GHz,此時矢網(wǎng)的輸出功率電平應保持默認值G17dBm）。

②將天線裝入固定夾具，然后將網(wǎng)絡分析儀的PortA端口與天線饋電端口相連，將天線輻

射體置于遠離周邊障礙物的地方（超過50cm）,測試此時的駐波系數(shù)，重點觀測力、方和左頻

點的駐波系數(shù)，并記錄到表III—1中。

③設立Mark,觀測天線在2.1-2.6GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄

到表1II-1中。

④觀測天線的駐波系數(shù)低于2.0時的下限頻率和上限頻率，記錄到表III-1中。

⑤晃動天線，觀測此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。

⑵圓極化天線軸比的測試

環(huán)境:微波暗室

設備：Anritsu37247D型矢量網(wǎng)絡分析儀、固定天線夾具

操作環(huán)節(jié)：

①打開矢量網(wǎng)絡分析儀,選擇導入全波段校準數(shù)據(jù)，界面選擇測試S21,顯示格式為幅值和相

位，顯示比例為每縱格10dB和45°幅值參考電平設立為-50dB,將起始頻率和終止頻率

設立為2GHz和3GHz，并設立頻點力=2.3GHz、Q=2.5GHz、尢=2.4GHz,此時矢網(wǎng)的輸出

功率電平應保持設定值(+3dBm)。

②將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉臺上，安裝時需

保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉臺中心的偏差在3c