实验9 天线实验

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1、亚美微波YAMEIMICROWAVE目录一、概述二、微波天线主要技术参数1．方向图（1）方向性图（2）方向性系数2．天线效率3．增益系数（增益）4．天线阻抗5．天线极化6．频带宽度三、实验用的天线－角锥喇叭天线四、天线测量实验系统的建立1．系统连接2．测试实验系统的阻抗匹配情况3．测试实验系统中两天线间距离及架设高度的选择（1）两天线架设最小间距Vmin（2）天线架设高度五、测量1．天线增益系数的测量（1）测量理论（2）测量方法2．天线方向性图的测量（1）方法（一）（2）方法（二）六、附录－同轴传输系统中微波天线测量实验-15-亚美微波YAME

2、IMICROWAVE微波天线测量实验一、概述微波天线是微波通信设备中一个重要的组成部分，微波信息的质量与天线性能密切相关。通常，微波天线都为面式天线，验证这类天线的性能，首先是通过测量来实现的。本文作为结合实验内容，对天线系统架设于调整，天线的增益系数，天线方向性图的测量实验，及实验使用的天线性能等方面内容作一些介绍。二、微波天线主要技术参数1．方向性（1）方向性图天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传播的电磁波，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量（或场强）在空间各点分布的情况，它是描天线方向性图能直观地反映出天线辐射能量集中程度

3、、方向性图越尖锐，表示辐射能量越集中，相反则能量分散。若天线将电磁能量均匀地向四周辐射，方向性图就变成一球面，称作无方向性，这就是一理想点源在空中辐射场。天线方向性图可通过测试来绘制，如测得的是功率，即可绘出功率方向性图，如测得的是场强，则绘出场强方向性图，但两者图形形状是完全一样的。通常图形方向图（1）天线方向性图述天线的主要传输之一。天线的方向性图是一个立体图形。它的特性可以用两个互相垂直的平面（E平面和H平面）内方向性图来描述。如图（1）所示：-15-亚美微波YAMEIMICROWAVE性图有多个叶瓣，其中最大辐射方向的是叶瓣，称主瓣，其

4、余称副瓣（或旁瓣）。在方向性图中主瓣信息是我们最关心的。a.方向性图主瓣宽度方向性图主瓣宽度是指半功率点（功率下降为最大辐射方向功率一半之点）之间宽度，它是由主瓣最大值“1”下降到“0.5”处两点与零点连接形成的夹角，用2θ0.5来表示，如图2所示：图（2）b.方向性图主瓣零点角如图2所示，方向性图零点角是指主瓣两侧零辐射方向之间夹角，用2θ0来表示。c.方向性图副瓣电平方向性图副瓣功率电平表示副瓣功率电平相对于主瓣功率电平的比值，一般用分贝（dB）来表示，即：（1）一般希望副瓣电平越低（即负值越大）越好。（2）方向性系数上述方向性图虽然一定程

5、度上反映了天线辐射状态，但它是一个相对值，为了定量描述天线集中辐射程度，引进了方向性系数这一概念。方向性系数定义是：在同一距离及相同辐射条件下，某一天线最大辐射方向性上辐射功率密度Smax（或场强平方E2max）与无方向天线（点源）辐射功率密度S0（或场强平方E20）之比，用D来表示：（2）-15-亚美微波YAMEIMICROWAVE可见，方向性越尖锐的天线D越大，相反则D越小，若D＝1，则表示为无方向性天线，是一个理想点源辐射场。2．天线效率一般来说构成天线的导体和绝缘介质都有一定的能量损耗，输入天线的功率不可能全部转化为自由空间电磁波的辐射

6、功率，我们把天线辐射功率Pr与天线输入功率之比称作天线效率，即：ηa＝Pr/Pi（3）通常微波天线的效率都很高，ηa接近于1。另外需要值得提出的是这里定义的天线效率并没有包含因天线与馈线传输系统失配引起的损耗，如考虑到天线输入端的反射系数Γ，则天线总效率为：ηA＝（1－｜Γ2｜）•ηa（4）3．增益系数（增益）增益系数简称增益，它的定义是：在同一距离及相同输入功率的条件下，某一天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax（或场强平方E2max）与无方向天线（理想点源）的辐射功率密度S0（或场强平方E20）之比，用G来表示：（5）比较（2）、（3）

7、、（4）式可见：即G＝ηa•D（6）可见，增益系数是综合衡量天线能量转换效率和方向性的参数，它是方向性系数与天线效率的乘积。在实际应用中，天线增益系数与方向系数为重要的参量，尽管它们之间密切相关。对于微波面式天线，它们的转换效率都很高，ηa＝1，因此G＝D。分析证明，对于微波面式天线，它的增益系数与天线口径大小有如下关系：（7）式中：S为天线辐射口面的实际面积；ηe为口面利用系数，或称口径效率，它主要是由口面上电磁场振幅分布和相位分布决定的。当口面分布均匀且同相时，ηe＝1，可获得最大增益，由（7）式可见：Se＝S•ηe（8）Se称为天线口径有

8、效面积。对于无方向天线（理想点源）来说，G＝D＝1，它的有效面积为：-15-亚美微波YAMEIMICROWAVE（9）增益系数一般用分贝来表示：GdB