哈工大電波與天線演示實驗指導(dǎo)書

1、天線原理演示實驗指導(dǎo)書王楠楠，林澍 編哈爾濱工業(yè)大學(xué)微波工程系2013年5月目錄實驗一 半波振子天線的制作與測試1一、實驗?zāi)康?二、實驗原理1三、實驗儀器2四、實驗步驟21、半波振子天線的制作22、天線阻抗帶寬測試33、實驗數(shù)據(jù)和實驗報告4五、思考題4實驗二 超寬帶天線測試（演示實驗）4一、實驗?zāi)康?二、實驗原理5三、實驗內(nèi)容61、實驗儀器與實驗環(huán)境62、實驗裝置圖93、實驗步驟94、記錄表格11四、實驗報告內(nèi)容13五、思考題13實驗三 圓極化天線的測試（演示實驗）14一、實驗?zāi)康?4二、實驗原理14三、實驗內(nèi)容151、實驗儀器與實驗環(huán)境152、實驗裝置圖153、實驗步驟154、記錄表格16四

2、、實驗報告內(nèi)容17五、思考題17實驗一 半波振子天線的制作與測試一、實驗?zāi)康?、掌握50歐姆同軸電纜與SMA連接器的連接方法。2、掌握半波振子天線的制作方法。3、掌握使用“天饋線測試儀”測試天線VSWR和回波損耗的方法。4、掌握采用“天饋線測試儀” 測試電纜損耗的方法。二、實驗原理（1）天線阻抗帶寬的測試測試天線的反射系數(shù)（S11），需要用到公式（1-1）：（1-1）根據(jù)公式（1-1），只要測試出來的|值低于某個特定的值，就可以說明在此條件下天線的阻抗ZA接近于所要求的阻抗Z0（匹配），在天線工程上，Z0通常被規(guī)定為75或者50，本實驗中取Z0=50。天線工程中通常使用電壓駐波比（VSWR）以

3、及回波損耗（Return Loss，RL）來描述天線的阻抗特性，它們和|的關(guān)系可以用公式（1-2）和（1-3）描述：（1-2） dB（1-3）對于不同要求的天線，對阻抗匹配的要求也不一樣，該要求列于表1-1中。表1-1 工程上對天線的不同要求（供參考）天線帶寬駐波系數(shù)的要求反射系數(shù)|的要求反射損耗RL的要求窄帶（相對帶寬5%以下）1.2或1.5|0.09或0.221dB或14dB寬帶（相對帶寬20%以下）1.5或2|0.2或0.3314dB或10dB超寬帶2或2.5，甚至更大|0.33或0.4310dB（2）同軸電纜的特性阻抗本實驗采用50歐姆同軸電纜，其外皮和內(nèi)芯為金屬，中間填充聚四氟乙烯介

4、質(zhì)（相對介電常數(shù)）。其特性阻抗計算公式如下： （1-4）式中 a內(nèi)芯直徑； b外皮內(nèi)直徑。三、實驗儀器（1）Anritsu S331D天饋線測試儀圖1-1 Anritsu S331D天饋線測試儀表1-2 Anritsu S331D天饋線測試儀主要性能指標(biāo)參數(shù)名稱參數(shù)值頻率范圍25MHz-4000MHz頻率分辨率100kHz輸出功率< 0dBm回波損耗范圍0.00-54.00dB（分辨率：0.01dB）駐波比范圍0.00-65.00 （分辨率：0.01）（2）50歐姆同軸電纜、SMA連接器、熱塑管、直徑2.5mm和0.5mm銅絲、泡沫（用于支撐和固定天線）和酒精棉等。（3）工具，主要包括：

5、裁紙刀、尖嘴鉗子、斜口鉗子、砂紙、挫、尺和電烙鐵等。四、實驗步驟1、半波振子天線的制作制作天線時要主要安全，使用電烙鐵和裁紙刀時應(yīng)倍加注意。（1） 截取一段長度為10cm的50歐姆同軸電纜。（2） 用裁紙刀將電纜兩端藍色的電纜護套各剝?nèi)?cm。（3） 將SMA同軸連接器與電纜相連接，具體操作步驟如下：l 用裁紙刀將電纜一端的外皮和聚四氟乙烯介質(zhì)切掉1cm，保留電纜內(nèi)芯。注意：在環(huán)切外皮和介質(zhì)時，盡量不要切到內(nèi)芯；在切斷外皮和介質(zhì)后，可以用尖嘴鉗夾住待去掉的部分左右晃動并拔下。l 用斜口鉗子剪斷電纜內(nèi)芯的一部分，留下約3mm4mm的長度。l 用砂紙打磨電纜內(nèi)芯和金屬外皮，并用酒精棉擦拭干凈。l

6、將電纜內(nèi)芯插入針內(nèi)，并用焊錫焊接牢固。l 將SMA連接器的J頭（內(nèi)螺紋）與K頭（外螺紋）相連（目的是防止焊接時由于過熱，連接器內(nèi)的聚四氟乙烯膨脹變形，高出金屬部分），將針和電纜插入SMA連接器的另一端，用力推緊，然后用電烙鐵將SMA連接器與電纜外皮焊接。注意：焊錫要充分熔化，直至流入SMA連接器與電纜的縫隙內(nèi)（即在SMA連接器的孔內(nèi)看到焊錫，若很難熔化，是由于銅散熱過快，可采用兩個電烙鐵同時加熱）。l 剪適當(dāng)長度的熱塑管，套在同軸電纜上，覆蓋住露出外皮的同軸電纜，使用電烙鐵或熱風(fēng)槍對熱塑管加熱，使其收縮。（4） 制作半波振子天線l 計算諧振頻率f=2.4GHz的半波振子的每個臂長l/2，用斜口

7、鉗子截取兩端銅絲，長度均為l/2。注意：組1采用直徑為0.5mm的銅絲，組2采用直徑為2.5mm的銅絲。l 將制作好的同軸電纜的一側(cè)（另一側(cè)為SMA連接器）去掉2cm藍色護套，再去掉1cm金屬外皮，最后去掉8mm聚四氟乙烯介質(zhì)。l 截取長10cm×寬4cm的泡沫，用錐子在其中心打個孔，并在其表面制作出一條溝（長度略長于半波振子，寬度和深度約為半波振子直徑）。l 將制作好的同軸電纜從泡沫的中心孔插入，截取一小段細銅絲，在同軸電纜的金屬外皮上纏繞2-3圈，留出約0.5cm-1cm的長度，用于與半波振子的一個臂進行焊接。同時，將同軸電纜的內(nèi)芯與半波振子的另一個臂進行焊接。l 將制作好的半波

8、振子固定在泡沫上（預(yù)先制作好的溝內(nèi)），用透明膠帶固定好。半波振子制作完成。2、天線阻抗帶寬測試（1）開機與校準(zhǔn)l 點擊on/off按鍵，來啟動Anritsu S331D天饋線測試儀。l 點擊數(shù)字1，以打開背景燈。l 點擊MODE，利用上下鍵選擇回波損耗。l 點擊FREQ，再點擊F1，輸入1800，點擊ENTER；點擊F2，輸入2600，點擊ENTER。l 點擊START CAL，屏幕出現(xiàn)“連接開路器到信號輸出端口”，從屏幕右側(cè)的袋子里取出校準(zhǔn)器件，將OPEN端連接至天饋線測試儀的電纜（注意，先將電纜上的N轉(zhuǎn)SMA連接頭擰下），連接后點擊ENTER。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)“連接短路器到信號輸出端口”時，將

9、SHORT端連接至天饋線測試儀的電纜，連接后點擊ENTER。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)“連接負(fù)載到信號輸出端口”時，將校準(zhǔn)件負(fù)載端（除了open和short外的第三個端口）連接至天饋線測試儀的電纜，連接后點擊ENTER。至此校準(zhǔn)完畢。l 將校準(zhǔn)件擰下，放回原處，將N轉(zhuǎn)SMA連接頭與天饋線測試儀電纜連接好，準(zhǔn)備測試。（2）天線回波損耗和VSWR測試l 將所制作的天線連接至天饋線測試儀電纜的SMA端口。觀察天線的回波損耗隨頻率的變化。此時，橫軸共10格，包含了1800MHz2600MHz的頻率范圍，每格80MHz。點擊MARK，再點擊M1，點擊編輯，輸入頻率（如2000），按ENTER鍵。再添加3個MARK，找

10、到回波損耗小于10dB的頻點。l 點擊MODE，利用上下鍵選擇VSWR，點擊ENTER。觀察VSWR<2的頻帶范圍。l 保存天線回波損耗和VSWR測試結(jié)果，撰寫實驗報告。3、實驗數(shù)據(jù)和實驗報告1、觀察所制作的半波振子天線，測量天線的總長度和直徑，填入表I-1。2、觀察待測天線的回波損耗，將回波損耗小于10dB的低頻點、高頻點和中心頻點填入表I-1，并計算中心波長，填入表I-1。3、觀察待測天線的VSWR，將VSWR小于2的低頻點、高頻點填入表I-1。4、計算半波振子天線長度直徑比和長度波長比，填入表I-1。5、寫出天線的工作頻率范圍、絕對帶寬、相對帶寬、比帶寬，填入表I-2。請回答：該帶

11、寬屬于那一種帶寬_（阻抗帶寬、方向圖帶寬、增益帶寬、極化帶寬）。表I-1 天線參數(shù)組別半波振子長度lfL(RL<10dB)fH(RL<10dB)f0=(fL+ fH)/20=c/ f0組1組2組別半波振子直徑dfL (VSWR<2)fH (VSWR<2)l/dl/0組1組2表I-2 天線帶寬計算天線工作頻率范圍絕對帶寬相對帶寬比帶寬五、思考題1、根據(jù)天線的測試結(jié)果，解釋“末端效應(yīng)”。實驗二 超寬帶天線測試（演示實驗）一、實驗?zāi)康?、了解超寬帶天線的概念及特點2、了解現(xiàn)代天線測試系統(tǒng)的組成3、了解現(xiàn)代天線測試儀器設(shè)備及其使用方法4、了解超寬帶天線主要參數(shù)的測試方法二、實驗

12、原理超寬帶天線是一種具有極寬阻抗帶寬的天線，其比帶寬一般可以達到2：1以上，現(xiàn)代超寬帶天線的阻抗帶寬可以達到30：1以上，可以覆蓋多個波段，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的多個天線的功能，所以受到了研究者的廣泛關(guān)注。超寬帶天線不僅需要具有極寬的阻抗帶寬，即它的阻抗要在極寬的頻帶內(nèi)保持在一個范圍內(nèi)，還需要具有極寬的方向圖帶寬、增益帶寬以及極化帶寬?，F(xiàn)代的超寬帶天線還需要具有穩(wěn)定的相位中心，即可以不失真地輻射時域脈沖信號。根據(jù)以上對超寬帶天線的要求，可以結(jié)合所學(xué)習(xí)的天線原理進行如下天線測試的內(nèi)容：（1）天線阻抗帶寬的測試參見實驗一中二（1）內(nèi)容。（2）主極化方向圖的測試方向圖的測試需要測試天線在阻抗帶寬內(nèi)的各個頻點

13、的遠場的方向圖，一般最少要測試3個頻點，即下限頻點f1、上限頻點f2和中心頻點f0，對于更寬的頻帶，要根據(jù)具體情況多測試一些頻點的方向圖，以便全面了解天線的參數(shù)。在工程上，一般不需要遠場的三維方向圖，而只需要測試兩個主平面的方向圖曲線，對于線極化天線來說，這兩個主平面為E面和H面。因此，在天線測試前，還需要判斷天線的極化方式。在滿足天線測試的極化匹配和阻抗匹配的條件下，所測試的方向圖為單一頻點的功率方向圖，所依據(jù)的原理為公式（2-1）：（2-1）在不同角度的時候，接收天線接收的功率與自身的功率方向性函數(shù)P()有關(guān)，因此將待測天線作為接收天線放置在一個可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，并

14、且繞自身軸線轉(zhuǎn)動一周，這樣不同角度處就可以接收到不同大小的功率，據(jù)此天線的功率方向圖就可以繪制出來。以上的測試方法涉及到了以下的條件：天線可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，這需要一個無外界干擾的模擬自由空間的環(huán)境，還需要一個均勻平面波的發(fā)射源；天線可以繞著自身軸線轉(zhuǎn)動，這需要一個轉(zhuǎn)臺；天線的接收功率可以測試，這需要一個功率計。上述三條的解決方法是：無外界干擾的模擬自由空間的環(huán)境：在微波暗室內(nèi)測試，微波暗室的工作頻帶需要符合天線測試所需要的頻率范圍，微波暗室的大小需要滿足天線工作的遠場條件，這個遠場條件需要用公式（2-2）進行判定。（2-2）式中：dmin是最小測試距離，是工作波長，Dt

15、是發(fā)射天線的口徑最大尺寸，Dr是待測天線（接收天線）的口徑最大尺寸。將天線安裝在一個可以進行360°轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動參數(shù)要滿足所需要的測試精度。發(fā)射源和接收裝置可以共用一個網(wǎng)絡(luò)分析儀，因為發(fā)射天線（輸入端可視為端口1）和接收天線（輸入端可視為端口2）合起來組成了一個二端口網(wǎng)絡(luò)，對于這個二端口網(wǎng)絡(luò)來說，|S21|即為1端口發(fā)射時，2端口接收所得到傳輸系數(shù)，天線的不同的方向所得到的|S21|也是不同的。因此，根據(jù)所得到的|S21|也可以得到天線的功率方向圖。所測試的方向圖曲線均需要進行歸一化處理。 (3)增益的測試本實驗的增益測試使用的是比較法。將接收天線的最大輻射方向和發(fā)射天線

16、對準(zhǔn)，保證極化匹配和阻抗匹配時，測試此時的|S21|，記錄為|S21|X，然后用標(biāo)準(zhǔn)增益天線（通常為喇叭天線）重復(fù)上述測試，記錄的值為|S21|S，然后按照公式（2-3）（或者公式2-4）進行增益計算。GX=GS|S21|X / |S21|S（2-3）或者為GX（dB）=GS（dB）+|S21|X（dB）-|S21|S（dB）（2-4）三、實驗內(nèi)容1、實驗儀器與實驗環(huán)境（1）Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（圖2-1所示）是一種能夠進行各種射頻、微波的元器件測試的高性能儀器。它通過對快掃描速度，寬動態(tài)范圍、低軌跡噪聲和靈活的連通性的正確組

17、合，可以快速、精確地測試微波元件的網(wǎng)絡(luò)參量（S參數(shù)）。其主要性能指標(biāo)見表2-1。圖2-1 Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀表2-1 主要性能指標(biāo)Frequency(GHz)Port1 Power, TypicalNoise Floor at Port 2(dBm)System Dynamic Range0104115207-101108（2）CST-1型自動測試轉(zhuǎn)臺本實驗采用的是CST-1型自動測試轉(zhuǎn)臺（圖2-2），該型轉(zhuǎn)臺為二維轉(zhuǎn)臺，可以實現(xiàn)方位±360°轉(zhuǎn)動以及俯仰±90°轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動精度為0.05°。

18、圖2-2 CST-1型自動測試轉(zhuǎn)臺（3）Agilent HP 8449B 微波前置放大器本實驗采用的是Agilent HP 8449B 微波前置放大器，用于對接收天線收到的電磁信號進行放大，參數(shù)如下：l 噪聲系數(shù)：1.0GHz12.5 GHz - 8.5dB；12.5 GHz22.0 GHz - 12.5dB;；22.0 GHz26.5 GHz - 14.5dB l 最小增益：23.5dB l 增益平坦度：1.0 GHz26.5 GHz - ±4.5dB l 連接器類型：ACP - 3.5 male圖2-3 Agilent HP 8449B 微波前置放大器（4）XB-GH型標(biāo)準(zhǔn)增益天

19、線、發(fā)射天線及待測天線l 標(biāo)準(zhǔn)天線為喇叭天線，其增益穩(wěn)定，如圖2-4（a）所示，圖中的一系列標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭可以適用于0.5-40GHz，本實驗測試所需要的喇叭天線有以下3個：表2-2 喇叭天線型號與參數(shù)喇叭天線型號工作頻率（GHz）天線增益XB-GH340-18N2.173.3f=3.1GHz Gain=XB-GH137-20N5.388.17f=6.85GHz Gain=XB-GH90-20N8.212.4f=10.6GHz Gain=l 發(fā)射天線為一超寬帶加脊喇叭天線，如圖2-4（b）所示，工作頻率范圍為1-18GHz，增益為6-18dB；l 待測天線一個，為全向超寬帶天線，如圖2-4（c）

20、所示，其理論計算的下限頻率如下式所示。（a）標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線（b）超寬帶喇叭天線（c）全向超寬帶天線圖2-4 實驗所需要的各類天線（4）微波暗室本實驗所使用的微波暗室為9m×6m×6m暗室，工作頻率范圍為0.5-40GHz，適用范圍很廣，如圖2-5所示。圖2-5 微波暗室2、實驗裝置圖本實驗所使用的實驗設(shè)備需按照圖2-6進行連接。圖2-6 實驗裝置框圖3、實驗步驟（1）駐波系數(shù)的測試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具操作步驟：打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測試S11，顯示格式為SWR，顯示比例為每縱格0.5，

21、將起始頻率和終止頻率設(shè)置為1GHz和16GHz，并設(shè)置頻點f1=3.1GHz、f2=10.6GHz、f0=6.85GHz，此時矢網(wǎng)的輸出功率電平應(yīng)保持默認(rèn)值（-17dBm）。將天線裝入固定夾具，然后將網(wǎng)絡(luò)分析儀的Port A端口與天線饋電端口相連，將天線輻射體置于遠離周圍障礙物的地方（超過50cm），測試此時的駐波系數(shù)，重點觀察f1、f2和f0頻點的駐波系數(shù)，并記錄到表II-1中。設(shè)置Mark，觀察天線在3.1-10.6GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄到表II-1中。觀察天線的駐波系數(shù)低于2.0時的下限頻率和上限頻率，記錄到表II-1中?；蝿犹炀€，觀察此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線

22、的變化。（2）主極化方向圖的測試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、10米低損耗電纜兩根、1米低損耗電纜一根、工控機（含天線測試系統(tǒng)軟件）、GPIB線、串口線、天線測試轉(zhuǎn)臺、發(fā)射天線及專用支架、天線測試專用夾具、低噪聲放大器（選件）。工具：激光筆將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺上，安裝時需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉(zhuǎn)臺中心的偏差在3cm以內(nèi)（用激光筆測試），保證天線垂直極化；將一根10m低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接低噪聲放大器的輸入口上，然后用1m低耗電纜將低噪聲放大器的輸出口與矢量網(wǎng)絡(luò)分

23、析儀的PORT B端口相連接（若無低噪放則將10m電纜的另一端通過1m低耗電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT B端口相連接）；將與發(fā)射天線相連接的另一根10m低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT A端口向連接；調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測天線輻射體中心同一高度，用激光筆測試偏差不超過5cm；將工控機與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過GPIB線連接在一起，開啟計算機，進入到天線測試系統(tǒng)軟件界面，點“初始化”鍵，然后進行測試頻點設(shè)置，分別設(shè)置頻點3個：f1=3.1GHz、f2=10.6GHz、f0=6.85GHz。進行天線方向圖的自動測試，轉(zhuǎn)臺水平旋轉(zhuǎn)一周，計算機自動根據(jù)采集的數(shù)據(jù)

24、輸出待測頻點方向圖，做好存檔，此時測得的為天線H面方向圖；更換夾具，將天線按照水平極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺上，安裝時需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉(zhuǎn)臺中心的偏差在3cm以內(nèi)（用激光筆測試），保證天線水平極化；調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為水平極化，口面中心與待測天線振子中心同一高度，用激光筆測試偏差不超過5cm；按照步驟、進行測試，做好計算機輸出方向圖的存檔，此時測得的為天線E面方向圖；繼續(xù)其余頻點的測試，根據(jù)存檔的E面和H面方向圖，觀察記錄如下內(nèi)容，并記錄到表II-2中。（a）峰值電平及角度坐標(biāo)；（b）主瓣寬度；（c）方向圖的起伏程度（不圓度或者零值深度）（3）增益測試環(huán)境：微波暗

25、室設(shè)備：Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、10米低損耗電纜兩根、1米低損耗電纜一根、工控機（含天線測試系統(tǒng)軟件）、GPIB線、串口線、標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、天線測試轉(zhuǎn)臺、發(fā)射天線及專用支架。工具：激光筆將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺上，安裝時需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉(zhuǎn)臺中心的偏差在3cm以內(nèi)（用激光筆測試），保證天線垂直極化；將一根10m低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT B端口上；將與發(fā)射天線相連接的另一根10m低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT A端口向連接；調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化

26、，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測天線輻射體中心同一高度，用激光筆測試偏差不超過5cm；調(diào)整待測天線與發(fā)射天線的最大輻射方向，讓兩個天線的最大輻射方向正對，具體地，調(diào)試發(fā)射天線轉(zhuǎn)臺，使方位角為0º，然后，使待測天線的輻射體與發(fā)射天線正對，此處需要參考（2）-（a）記錄的峰值電平及角度坐標(biāo)值；開啟網(wǎng)儀，界面選擇測試S21，顯示格式為Log，顯示比例為每縱格10dB，參考電平設(shè)置為-50dB，將起始頻率和終止頻率設(shè)置為1GHz和16GHz，并設(shè)置頻點f1=3.1GHz、f2=10.6GHz、f0=6.85GHz，此時矢網(wǎng)的輸出功率電平設(shè)置為+3dBm。記錄此時矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具

27、體地，就是3個頻點對應(yīng)的|S21|值，記錄為|S21|xi（i=0，1，2）；此時可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測天線轉(zhuǎn)臺的方位角，直至各頻點對應(yīng)的|S21|值最大，開始記錄；取下待測天線，將標(biāo)準(zhǔn)天線保持垂直極化狀態(tài)，安裝到測試夾具上，使口面與發(fā)射天線正對，口面中心與發(fā)射天線口面中心同一高度（用激光筆測試偏差不超過5cm）；仿照步驟記錄此時矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個頻點對應(yīng)的|S21|值，記錄為|S21|xi（i=0，1，2）；此時可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測天線轉(zhuǎn)臺的方位角，直至各頻點對應(yīng)的|S21|值最大，開始記錄；將記錄的數(shù)據(jù)按照如下公式進行計算，求出待測天線在頻點fi處的增益：Gxi（dB）=Gsi（

28、dB）-|S21|si（dB）+|S21|xi（dB）（i=0，1，2），Gsi（dB）是標(biāo)準(zhǔn)天線增益，可以查表求得。記錄及計算所得的數(shù)據(jù)均要存檔備查（表II-3）。4、記錄表格表II-1 駐波系數(shù)記錄表頻率（GHz）3.110.66.85下限頻率為：上限頻率為：VSWR3.1-10.6GHz內(nèi)的最小值為：3.1-10.6GHz內(nèi)的最大值為：2.02.0表II-2 主極化方向圖記錄表3.1GHz全向天線H面角度（°）絕對峰值電平：主瓣寬度：不圓度：歸一化電平（dB）0-3-3最小值：E面角度（°）歸一化電平（dB）0-3-3最小值：10.6GHz全向天線H面角度（°

29、;）絕對峰值電平：主瓣寬度：不圓度：歸一化電平（dB）0-3-3最小值：E面角度（°）歸一化電平（dB）0-3-3最小值：6.85GHz全向天線H面角度（°）絕對峰值電平：主瓣寬度：不圓度：歸一化電平（dB）0-3-3最小值：E面角度（°）歸一化電平（dB）0-3-3最小值：表II-3 增益測試記錄表頻率（GHz）3.110.66.85|S21|X（dB）|S21|S（dB）GS（dB）GX（dB）四、實驗報告內(nèi)容1、保存所測試天線三個頻點的E面和H面方向圖，保存天線VSWR的測試結(jié)果，粘貼到下面。2、根據(jù)所測得的各個頻點的方向圖，判斷出待測天線的方向圖帶寬，和阻

30、抗帶寬相比較，可以得出什么結(jié)論？3、根據(jù)表II-3中記錄的測試結(jié)果，計算出待測天線的增益，判斷出待測天線的增益帶寬。4、根據(jù)表II-2中記錄的測試結(jié)果，分析該天線的輻射特性。（全向天線或定向天線）。五、思考題1、在駐波系數(shù)的測試中，晃動天線，觀察此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化，解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。2、解釋在不同頻點時天線的方向圖有很大區(qū)別的原因。實驗三 圓極化天線的測試（演示實驗）一、實驗?zāi)康?、了解圓極化天線的概念及特點2、了解現(xiàn)代天線測試系統(tǒng)的組成3、了解現(xiàn)代天線測試儀器設(shè)備及其使用方法4、了解圓極化天線的測試方法二、實驗原理在電磁波的傳播過程中，可以傳遞信息的特征量包括場的振幅、相

31、位以及極化方式，在移動通信和衛(wèi)星通信中，為了抑制雨霧等的干擾和多徑效應(yīng)，圓極化天線獲得了廣泛的應(yīng)用。天線實現(xiàn)圓極化的條件是，要激勵起兩個極化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的線極化波。根據(jù)以上對圓極化天線的條件要求，可以結(jié)合所學(xué)習(xí)的天線原理進行如下天線測試的內(nèi)容：（1）天線阻抗帶寬的測試：參見實驗一中二（1）內(nèi)容。（2）圓極化天線軸比的測試極化是指在與電磁波的傳播方向垂直的平面內(nèi)，電場矢量變化一周矢量末端所描繪出的軌跡，根據(jù)軌跡形狀的不同天線的極化可以分為線極化、圓極化和橢圓極化三種形式，其中線極化和圓極化為橢圓極化的特例。描述橢圓極化的參數(shù)有軸比、旋向和傾角。橢圓極化軸比定義

32、為長軸和短軸的比值，用r表示，以分貝為單位的軸比R為R=20lg(r) dB（3-1）當(dāng)R=0dB時為圓極化，R=時為線極化。橢圓極化的旋向是根據(jù)波的傳播方向和電場矢量的旋轉(zhuǎn)方向定義的，可以分為左旋橢圓極化和右旋橢圓極化。一般地，天線的旋向是由天線本身的結(jié)構(gòu)和饋電確定的，是一個固定的參數(shù)。傾角的定義與研究天線所選取的坐標(biāo)系有關(guān)。如圖3-1所示的坐標(biāo)系，其中+z向為波的傳播方向，x軸為基準(zhǔn)坐標(biāo)軸，Ea為橢圓長軸，角度定義為傾角，這里，+x方向、Ea方向和波傳播方向成右手螺旋關(guān)系。圖3-1 橢圓極化的位置關(guān)系一般的天線在嚴(yán)格意義上說均是橢圓極化天線，通常線極化天線容易實現(xiàn)，而圓極化天線較難實現(xiàn)，所

33、以通常采用極化圖形測量方法測試橢圓極化天線的軸比，用一個線極化天線為發(fā)射源，它的極化方向垂直于收發(fā)天線的連線（收發(fā)天線軸），且能夠繞收發(fā)天線軸旋轉(zhuǎn)。使待測天線為接收天線，記錄接收的信號幅度與發(fā)射線天線轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，就得到了待測天線的極化圖。由極化圖可以確定極化橢圓的長軸Ea和短軸Eb方向、極化軸比R以及傾角，極化圖可以采用極坐標(biāo)形式，也可以采用直角坐標(biāo)形式。三、實驗內(nèi)容1、實驗儀器與實驗環(huán)境（1）Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（參數(shù)同實驗二）（2）CST-1型自動測試轉(zhuǎn)臺（參數(shù)同實驗二）（3）XB-GH型標(biāo)準(zhǔn)增益天線、發(fā)射天線及待測天線l 本實驗測試所需要的喇叭天線為參數(shù)如下：

34、表3-1 喇叭天線型號與參數(shù)喇叭天線型號工作頻率天線增益f=2.45GHz GainXB-GH340-18Nl 發(fā)射天線為一超寬帶加脊喇叭天線，參數(shù)同實驗二。l 待測天線為S波段圓極化天線陣（右旋圓極化），如圖3-2所示。圖3-2 實驗中的待測圓極化天線陣（4）微波暗室（參數(shù)同實驗二）2、實驗裝置圖本實驗所使用的實驗設(shè)備需按照圖2-6進行連接。3、實驗步驟（1）駐波系數(shù)的測試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具操作步驟：打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測試S11，顯示格式為SWR，顯示比例為每縱格0.5，將起始頻率和終止頻率設(shè)置為2

35、GHz和3GHz，并設(shè)置頻點f1=2.3GHz、f2=2.5GHz、f0=2.4GHz，此時矢網(wǎng)的輸出功率電平應(yīng)保持默認(rèn)值（-17dBm）。將天線裝入固定夾具，然后將網(wǎng)絡(luò)分析儀的PortA端口與天線饋電端口相連，將天線輻射體置于遠離周圍障礙物的地方（超過50cm），測試此時的駐波系數(shù)，重點觀察f1、f2和f0頻點的駐波系數(shù)，并記錄到表III-1中。設(shè)置Mark，觀察天線在GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄到表III-1中。觀察天線的駐波系數(shù)低于2.0時的下限頻率和上限頻率，記錄到表III-1中?；蝿犹炀€，觀察此時矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。（2）圓極化天線軸比的測試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Anritsu 37247D型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具操作步驟：打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測試S21，顯示格式為幅值和相位，顯示比例為每縱格10dB和45°幅值參考電平設(shè)置為-50dB，將起始頻率和終止頻率設(shè)置為2GHz和3GHz，并設(shè)置頻點f1=2.3GHz、f2=2.5GHz