天线的方向图测量.pdf

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1、中国石油大学近代物理实验报告班级：应用物理11-4姓名：辛拓同组者：武丁仓教师：亓鹏天线的方向图测量【实验目的】1．了解天线的基本工作原理。2．绘制并理解天线方向图。3．根据方向图研究天线的辐射特性。4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。【实验原理】一．天线的原理天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效

2、地辐射或者接收电磁波，发射机天线在结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-同轴电缆1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的a.过程。开始时，平行双导线传输线之间的电场呈电场现驻波分布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，发射机它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由b.于相位相反而互相抵消。如果将两线末端逐渐张电场开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。发射机当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂c.上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方

3、向由于相位关系而互相抵消，在大部电场分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结图B3-1传输线演变为天线构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。~1~二．天线的辐射方向图研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线

4、的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。实际应用中，我们最关心的是天线辐射

5、能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。方向图还可以用分贝（dB）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。天线某方向的分贝数的计算方法见公式（B3-1），其中为某方向的功率通量密度，为最大功率通量密度。绘制方向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。Pp(dB)=10×lg(dB)Pmax（B3-1）通过天线方向图可以

6、方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半00.5功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。2200.50图B3-3是极主轴坐标下天线方向图的一般形状。方主瓣向图通常都第一副瓣有两个或多图B3-3极坐标下天线方向图一般形状个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中最大的为第一副瓣。下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：(1)主方向角。指主瓣最大值对应的角度；(2)主瓣宽度。也称零功率点波瓣宽度（BeamWidthbetweenFirstNulls,BWFN）,指主瓣最大值~2~两边两个

7、零辐射方向之间的夹角，即。主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；(3)半功率角。也称半功率点波瓣宽度（HalfPowerBeamWidth,HPBW）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB（-3dB=10*lg<1/2>dB），即；(4)副瓣宽度。指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；(5)副瓣电平（SideLobeLever,SLL）。指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公

8、式（B3-2），其中：和分别为最大副瓣核主瓣的功率密