北邮电磁场与微波实验天线部分实验一.docx

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1、电磁场与电磁波（天线部分）实验报告实验一班级：2010211110班姓名：谢牧彤学号：10210289日期：201305019实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗1.实验目的1.掌握网络分析仪校正方法；2.学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法；3.研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。注：重点观察谐振点与无线电径关系(λ/4、λ/2)。2.实验原理当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振

2、子的辐射场射相同。图2.1单振子天线原理图由于使用坡印廷矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。当h<<λ时，可认为R≈40(πh)2λ2。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为W=60[ln2ha-1]3.实验步骤（1）设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；（2）设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗；（3）调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；（4）更换不同电径（Φ1，Φ3，Φ9）的天线，

3、分析两个谐振点的阻抗变化情况。设置参数：BF=600，ΔF=25，EF=2600，n=81。94.实验数据将导电平面接入短路线进行校正，得到的阻抗点分布：图4.1短路校正阻抗分布图将导电平面接入开路线进行校正，得到的阻抗点分布：9图4.2开路校正阻抗分布图当被测天线的电径为Φ1=1mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布：9图4.3Φ1=1mm阻抗分布图由实验数据可得其第一谐振点处频率约为（取最接近点）F11=1250MHz，电阻R11=40.30ohm,SWR11=1.249,RL11=-19.1dB.第二谐振点处F12=2475MHz，电阻R12=627.7ohm,SWR12=

4、12.59,RL12=-1.38dB.当被测天线的电径为Φ3=3mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布：9图4.4Φ3=3mm阻抗分布图由实验数据可得其谐振点处频率约为（取最接近点）F31=1100MHz，电阻R31=34.36ohm,SWR31=1.455,RL31=-14.6dB.第二谐振点处F32=2025MHz，电阻R32=295.3ohm,SWR32=5.921,RL32=-2.96dB.当被测天线的电径为Φ9=9mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布：9图4.5Φ9=9mm阻抗分布图由实验数据可得其谐振点处频率约为F91=1025MHz，电阻R91=25.03

5、ohm,SWR91=1.997,RL91=-9.55dB.第二谐振点处F92=1600MHz，电阻R92=131.7ohm,SWR92=2.635,RL92=-6.93dB.5.实验结果分析9图5.1不同天线电径下第一谐振点、第二谐振点频率变化图5.2不同天线电径下第一谐振点、第二谐振点输入电阻变化9图5.3不同天线电径下第二谐振点与第一谐振点频率比值变化理想情况下（不考虑电径），天线的谐振频率只跟电长度（本实验中是高度）有关。实验结果表明，天线电径对谐振频率有影响，电径越大，谐振点频率越小。而根据电磁波理论，天线电长度为1/4波长的整数倍时，天线能够谐振。从图5.3可以得出，若电径Φ趋

6、近于0，则两次谐振频率比大致趋近于2，又由于这是前两次邻近的谐振，所以可得出第一次谐振时天线电长度为λ/4，第二次谐振时天线电长度为λ/2。但随着电径的上升，电磁场分布越来越受到由电径带来的复杂干扰，谐振频率下降，且较高频的第二谐振点下降更多，这两个频率比不再是2，不能简单地以λ/4和λ/2分析，说明越高频时电径对电磁场影响越大。谐振频率、电磁场分布都受电径影响，所以谐振时其他参数也受电径影响。表现为电径越大，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，且越高频影响越明显。可见选用越细的天线越好，这也是为何收音机天线比较细的缘故。取比较接近理想状态的1mm粗天线分析，当其工作在固

7、有频率（电长度为λ/4）时，电阻接近市面上流行的50ohm，反射系数也较低接近1。可见这是性能比较好、比较通用的天线，而3mm次之，9mm又次之。6.心得体会实践和先前的理论总是有差距的，而在实践当中修正自己先前的理论和对客观事物的认识，也正是自然科学的魅力所在。实验之前我以为区区天线长度对谐振频率、输入电阻等参数不会有什么影响。然而实际做了之后，才发现9mm粗的天线竟让前两次谐振频率比降到了1.561的程度，已经不能拿原先的理想模