電磁波實驗報告-天線幅頻特性

專業(yè)：__姓名：_________專業(yè)：__姓名：_________學(xué)號：______日期：_2010年10月7日_地點：___________課程名稱：電磁場與微波技術(shù)實驗指導(dǎo)老師：____________成績：__________________實驗名稱：天線的輻射特性測量實驗類型：同組學(xué)生姓名：_________一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿? 二、實驗內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得裝訂線實驗?zāi)康暮鸵笱b訂線揭示喇叭天線的輻射特性覆蓋的基本概念：天線輻射方向圖波束寬度天線的極化特性電磁波在空間傳播中與距離的關(guān)系實驗內(nèi)容和原理當(dāng)今社會盡管人們不一定知道無線尋呼、蜂窩電話、衛(wèi)星通信、無限廣播與電視的具體工作原理，但是他們已成為人們生活不可缺少的一部分。在這些無限通信系統(tǒng)中不管是發(fā)射還是接收，天線都是一個不可缺少的部件。描述天線的參量很多，則其主要的有：天線方向圖、輻射方向土、波速寬度、旁版電平、工作頻率與響應(yīng)、效率等等。除此之外，天線發(fā)射（或接收）電磁波都具有極化特性，所謂極化是指電磁波電場矢量的方向，所以接收機接收到的信號大小跟收、發(fā)天線的安裝方向有關(guān)。如果發(fā)射天線所發(fā)射電磁波的極化方向與接收天線的極化方向一致時，接收信號最大，若兩者正交，接受機將接收不到信號。本實驗用3公分波段（8-12GHz）喇叭天線揭示天線方向性、波束寬度、波的極化特性。實驗裝置圖見實驗輔導(dǎo)書P39。發(fā)射端由固態(tài)振蕩源、微波衰減器、小喇叭天線連接組成，并裝在一個云臺上。發(fā)射端喇叭天線可以繞矩形波導(dǎo)軸向旋轉(zhuǎn)，由此可以改變發(fā)射電磁波的極化方向，其極化角度可以從指示刻度盤讀出；發(fā)射功率的大小可用微波衰減器來調(diào)節(jié)。云臺可在垂直面和水平面上轉(zhuǎn)動，用于測量發(fā)射天線的方向性特性；發(fā)射端還裝有一個可移動的金屬柵網(wǎng)；天線移動架可以使發(fā)射端沿著移動架軌道平移，從而改變收、發(fā)喇叭天線之間的距離，其測量值可以從移動架上的刻度尺讀取。接收端將喇叭天線與微波晶體檢波器連接在一起固定不動。用到的方程：其中R為收、發(fā)天線間的距離（本實驗R取收發(fā)天線喇叭口之間的距離）最佳角錐喇叭天線增益：喇叭天線半功率波束寬度：主要儀器設(shè)備本實驗用3公分波段喇叭天線解釋天線方向性、波速寬度、波的極化特性。實驗裝置包括3部分：信號發(fā)射端、接收端和天線移動架。操作方法和實驗步驟1、電磁波在空間傳播中與距離的關(guān)系測量擰松天線移動架的鎖緊螺栓，調(diào)節(jié)兩天線之間距離為1.0m，然后擰緊鏍栓使發(fā)射端位置固定。接收端的波導(dǎo)檢波器輸出通過饋線接到選頻放大器。（1）將發(fā)射天線極化方向調(diào)整到與接收天線的極化方向一致，即同為垂直極化方式。（2）開啟固態(tài)信號源（工作方式為方波調(diào)制）與選頻放大器電源。調(diào)節(jié)波導(dǎo)檢波器調(diào)配螺釘或短路活塞位置使選頻放大器上指示的檢波輸出最大（檢波器匹配），選擇選頻放大器的“分貝”旋鈕量程選擇40dB或50dB檔位，并調(diào)節(jié)發(fā)射端的微波衰減速器，使選頻放大器輸出滿量程，即歸一化數(shù)值為0dB。(3)依次改變收、發(fā)天線間的距離，記錄結(jié)果。2、極化測量=1\*GB3①天線極化測量(1)擰松發(fā)射天線鎖緊鏍栓，調(diào)整發(fā)射喇叭天線的極化方向與接收天線一致后鎖緊鏍栓，此時記極化刻度盤上的角度為相對值。(2)依次擰松云臺的垂直與水平鎖緊鏍栓，調(diào)節(jié)發(fā)射天線的水平與垂直指向，找到選頻放大器指示的最大位置（即找到天線方向圖最大值這一點）后鎖緊鏍栓，然后調(diào)節(jié)發(fā)射端的微波衰減器使選頻放大器輸出滿量程，即相對歸一化數(shù)值為0dB。（3）依次繞矩形波導(dǎo)軸向旋轉(zhuǎn)發(fā)射喇叭天線，從到，每隔記錄選頻放大器指示的讀數(shù)。=2\*GB3②極化柵網(wǎng)特性測量：(1)調(diào)整發(fā)射喇叭天線的極化方向與接收天線一致后鎖緊鏍栓，即極化角度為位置。(2)將極化柵網(wǎng)移至發(fā)射機喇叭天線前面，旋轉(zhuǎn)極化柵網(wǎng)使選頻放大器讀數(shù)最大。然后調(diào)節(jié)發(fā)射端的微波衰減速器使選頻放大器輸出滿量程，即相對歸一化數(shù)值為0dB，并記柵網(wǎng)上的角度為相對。(3)、依次將極化柵網(wǎng)轉(zhuǎn)過和，分別記錄選頻放大器讀數(shù)。3、喇叭天線輻射方向圖測量移開極化柵網(wǎng)。調(diào)整發(fā)射喇叭天線極化角度，使與接收天線的極化角度一致；選擇選頻放大器的“分貝”旋鈕量程選擇40dB或50dB檔位。(1)擰松云臺中水平旋轉(zhuǎn)鎖緊旋鈕，在水平方向上旋轉(zhuǎn)發(fā)射喇叭天線，找到選擇選頻放大器指示最大點位置時鎖緊旋鈕。用同樣的方法在垂直面上找到選擇選頻放大器指示最大點位置，然后調(diào)節(jié)發(fā)射端的微波衰減器使選頻放大器輸出滿量程（0dB），此時分別記水平面和垂直面上刻度盤中的角度讀數(shù)為相對；記選頻放大器讀數(shù)為天線方向特性的最大點，即相對歸一化數(shù)值為0dB（因為天線的方向圖為一立體結(jié)構(gòu)，以上步驟是為了尋找方向圖的最大值點）。(2)擰松云臺中水平旋轉(zhuǎn)鎖緊旋鈕，在水平方向上旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線，由轉(zhuǎn)到，每隔記錄選擇選頻放大器讀數(shù)于表中，并測出功率時的波束寬度。然后將天線轉(zhuǎn)至水平位置，鎖緊水平旋轉(zhuǎn)旋鈕。實驗測量值-53.6dB-47.7dB-43dB-41.1dB-40.0dB-41.5dB-43.4dB-49dB-51.6dB相對歸一化功率-13.6dB-7.7dB-3dB-1.1dB0.0dB-1.5dB-3.4dB-9dB-11.6dB背景噪聲：-37.5dB水平面上-3dB功率時波束寬度為-7.0°~12.0°實驗結(jié)果與分析1、跟據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出電磁波傳播與距離的關(guān)系曲線。P/dBP/dB2、問題：所作出的電磁波傳播與距離的關(guān)系曲線接近1/R、1/R2,還是1/R3？與理論預(yù)期值符合嗎？如下圖所示：Y值為實測值，列1為1/R2，列2為1/R，列3為1/R3，由圖可見Y值與列1基本重合，故電磁波傳播與距離的關(guān)系曲線接近1/R2。3、根據(jù)數(shù)據(jù)作出發(fā)射喇叭天線極化曲線，橫坐標(biāo)為天線極化角度。4、問題回答：（1）從發(fā)射喇叭天線極化特性曲線看，接收喇叭天線所接收到的功率與發(fā)射喇叭天線計劃角度的關(guān)系是符合cosθ還是cos2θ關(guān)系?由上圖中，Y值為實測值，列1為cosθ，列2為cos2θ，故接收到的功率與極化角度更符合cos2θ的關(guān)系。（2）如果發(fā)射喇叭天線和接收喇叭天線的極化角相差90°，而極化器相對于發(fā)射喇叭天線的極化角度為45°，極化器對系統(tǒng)的影響如何？當(dāng)發(fā)射喇叭天線和接受喇叭天線的極化角相差90°時，若沒有極化器，則接收天線將收不到電磁波，但是當(dāng)極化器相對于發(fā)射喇叭天線的極化角度為45°時，接收天線可收到微弱電磁波。5、對發(fā)射天線計算遠(yuǎn)區(qū)場距離（工作頻率為9.375GHz），實驗中是否符合遠(yuǎn)區(qū)場條件？符合遠(yuǎn)區(qū)場條件6、分別計算收、發(fā)天線理論增益，半功率波束寬度（假定k約等于1）。有什么結(jié)論？答：對于發(fā)射天線對于接收天線半功率波束寬度：H面：E面：接收、發(fā)天線理論增益，半功率波束寬度均比實際測量值大。7.用極坐標(biāo)系分別繪制發(fā)射喇叭天線在水平面上、垂直面上的方向圖。水平方向上：垂直方向上：比較半功率波束寬度的計算值與實測值，并對你的實驗結(jié)果加以評論。水平面上-3dB功率時波束寬度為-7.0°~12.0°，比理論計算值要小。這是由于本實驗存在外部干擾以及實驗器材不夠準(zhǔn)確。揭示在+90°時輻射方向圖測量值（提示：跟背景噪聲比較）在+90°時理論上接收喇叭天線是接收不到電磁波的，但是實測值卻存在，這是因為存在背景