微波实验天线特性的测量实验报告

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1、天线特性的测量实验报告一、实验目的1．了解天线的基本特性参数2.测量天线的频率特性，方向图3.了解鞭状天线、八木天线、壁挂天线等的构造及特性4．学会用频谱仪测量天线的方向图。二、实验仪器1．鞭状天线、八木天线、壁挂天线。（选购）2．微波信号源。（选购或用锁相源、跟踪振荡器等代替）3．频谱仪。（标配）4.频谱分析仪三、天线测量原理天线是向空间辐射电磁能量，实现无线传输的重要设备。天线的种类很多，常见天线分为线天线和面天线两大类。高频、超高频多用线电线，微波常用面天线。每一类天线又有很多种，常见的线天线，有鞭状天线、八木天线、偶极子天线等。常见的面天线有抛物面天线

2、、喇叭口天线等。天线的基本参数有天线方向图，主瓣波束宽度、旁瓣电平、带宽、前后向比、极化方向、天线增益、天线功率效率、反射系数、驻波比、输人阻抗等等。本实验对天线的方向图进行测试。天线向空间辐射电磁能量，在不同的方向辐射的电磁能量的大小是不相同的，将不同方向天线辐射的相对场强绘制成图形，称为天线方向图。1方向图函数和方向图天线的最基本特性是它的方向特性。对发射天线来说，方向特性通常是表示在相同距离条件下天线的远区辐射场与它的空间方向之间的关系。描述天线的方向特性，最常用的是方向图函数和方向图。方向图函数是定量表示远区天线辐射能量在空间相对分布情况的一个参数，通

3、常是指远区同一距离处天线辐射场强(或能流密度)的大小与方向坐标关系的函数。若用图形把它描绘出来，便是天线方向图。其中表示场强大小与方向关系的，称为场强振幅方向图，表示能流密度大小与方向关系的，称为功率方向图。习惯上又把场强振幅方向图简称为场强方向图，或进一步简称为方向图。把场强振幅方向图函数用表示，或进一步简写成。把最大值为1的方向图称为归一化方向图。把归一化场强振幅方向图函数用表示，或进一步简写成。方向图一般是三维立体图形。为了简单，大多数实际应用场合中通常只画出两个具有代表性的正交平面上的方向图。这两个正交的平面称为主平面。主平面经常选取水平面(平行于地面

4、的面)和垂直面(垂直于地面的面)，或E面(包含天线最大辐射方向及其电场方向的面)和H面(包含天线最大辐射方向及其磁场方向的面)。有时也选取XY面、YZ面、ZX面等。在所有方向的辐射都相同的天线称为无方向性天线。显然无方向性天线的立体方向图呈球状，它在任一平面的方向图均为园。在某一平面上无方向性的天线称为该平面全向天线，它在该平面上的方向图为园。天线的平面方向图有两种表示方式。一种是以直角坐标表示的，称为直角坐标方向图.。此时横轴代表角度(以度为单位)，纵轴代表函数值。另一种是以极坐标表示的，称为极坐标方向图。它用极角(射线与极轴的夹角)代表角度(以度为单位)，

5、用射线的长度代表函数值。极坐标方向图由于直观形象，应用很广。天线的平面方向图一般呈花辫状。我们把它的每一个辫称为波辫。其中把包含最大辐射方向的一个辫称为主辫，位于主辫相反方向的辫称为后辫，与主辫完全相同的辫称为栅辫。其余的瓣称为副瓣(或旁辫)。其中紧靠近主瓣的副瓣称为第一副瓣。对于定向天线来说，我们当然希望它的主瓣越窄越好，副瓣和后瓣越小越好。因为这有利于能量的集中辐射和接收，有利于抑制干扰。2方向性系数和增益2.1方向性系数(D)方向性系数是定量衡量天线定向特性的一个参数。通常把某天线在其远区最大辐射方向上产生的能流密度与其在同样距离远处产生的平均能流密度的

6、比，定义为这天线在最大辐射方向的方向性系数，简称为方向性系数。用D表示。显然，无方向性天线的方向性系数等于1。这是因为它在同样距离远的所有方向产生的能流密度的大小都相等。其它天线的方向性系数永远大于1。假设天线在其远区最大辐射方向上r远处产生的电场为(有效值)，归一化场强方向图函数为，则天线在最大辐射方向上产生的能流密度天线的辐射功率同一距离处产生的平均能流密度因此天线在最大辐射方向的方向性系数要特别提醒注意的是，这里的，是归一化场强方向图函数。如果上式中的积分不能用解析法求出，可将积分运算写成级数近似式。的整个积分区间可等分成M段，每段。有许多不同的取法，哪

7、种取法好，取决于所研究的问题。比如可选在每段的后沿或中间，即或对变量也可用相同的办法，即将的整个积分区间等分成N段，每段。比如选在每段的后沿或中间即或这样上式的积分运算可用下列级数近似上式的双重求和，在计算机程序中可用双循环简单完成.。要特别强调的是上面的是天线的归一化场强方向图函数，即式中是天线场强方向图函数的一般表达式，不一定归一化。是的最大值。天线在任意方向的方向性系数为式中，是天线的归一化场强方向图函数。这样，辐射功率为、方向性系数为D、归一化场强方向图函数为的发射天线在空间任一点P()产生的电场强度的大小可按下式求出方向性系数经常用dB表示，即人们经

8、常用天线在两个正交的主平面(水平面和垂