北邮电磁场与微波实验天线部分实验二

电磁场与电磁波（天线部分）实验报告

实验二

班级：2010211110班 姓名：谢牧彤 学号： 10210289 日期： 20130503

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实验二网络分析仪测试八木天线方向图

1.实验目的

1.掌握网络分析仪辅助测试方法； 2.学习测量八木天线方向图方法；

3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性。

注：重点观察不同频率下的方向图形状，如：主瓣、副瓣、后瓣、零点、前后比等。

2.实验原理

实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源振子，一个反射器，五个引向器（在此图中再加2个引向器即可）

图2.1 八木天线原理图

引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号叠加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用，一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。

3.实验步骤

（1）调整分析仪到轨迹（方向图）模式； （2）调整云台起点位置270°； （3）寻找归一化点（最大值点）； （4）旋转云台一周并读取图形参数；

（5）坐标变换、变换频率（f=600MHz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性。

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4.实验数据

当f=600MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

图4.1 f=600MHz接收信号方向图（dB）

当f=600MHz时，接收信号百分比强度方向图：

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图4.2 f=600MHz接收信号方向图（%）

从百分比图和数据得出有两个峰值方向，分别为292°（幅度为96.7%）和98°（幅度为99.8%）。 当f=900MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

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图4.3 f=900MHz接收信号方向图（dB）

当f=900MHz时，接收信号百分比强度方向图：

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图4.4 f=900MHz接收信号方向图（%）

从百分比图和数据得出有在95°处有一个峰值（幅度为1）。而后瓣衰减严重，峰值仅为285°处（幅度为30.3%）

当f=1200MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

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图4.5 f=1200MHz接收信号方向图（dB）

当f=1200MHz时，接收信号百分比强度方向图：

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图4.6 f=1200MHz接收信号方向图（%）

从百分比图和数据可得出在57°和154°处各有一个峰值（幅度分别为72.8%和93.6%），这些都属于旁瓣。旁瓣的扩大严重干扰了主瓣，按实验经验在92°找到被削弱的主瓣，幅度为61.4%。而在218°~341°范围内幅度一直居高不下，接近1左右，其为后瓣。

5.实验结果分析

频率（MHz） 600 900 95 285 45 52 1200 92 / / 136 主瓣峰值点（°） 98 后瓣峰值点（°） 292 主瓣宽度（°） 后瓣宽度（°） 前后比 61 78 1.032058 3.30033 0.614 表5-1 不同频率下八木天线的工作参数

八木天线的优点在于方向性很好。其引向器能够增强主瓣，而反射器能够消除后瓣，因此其较理想方向图应该是只有一个明显的主瓣，其余成分比如旁瓣、后瓣越小越好。本次实验中比较符合理想的方向图是900MHz的实验结果，而600MHz的问题在于后瓣太大，1200MHz则出现两个明显旁瓣，后瓣也太宽，表明其受到了严重干扰。原因是什么？是因为实验环境下600MHz和1200MHz的噪音太高对天线造成了干扰？亦或是此次实验使用的八木天线工作频率在900MHz左右，偏离工频太多便会影响性能不能正常工作？这都需要进一步实验的测试，本次试验所得到的信息是远远不够的。

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6.心得体会

八木天线是上世纪二十年代日本的两位科学家发明的天线，因为其方向性明显的特点，其性能比单振子或双振子直立天线要好。本实验中900MHz的实验结果让我对八木天线的方向性有了直观的认识。

然而，为什么实验用天线在900MHz工作良好，在其他频率却出现了各种各样的问题呢？这个问题不由得让我思考。可能的原因是室内同学们的手机信号造成干扰，但查阅手机信号频段表：

GSM900M： 890MHz－915MHz(上行) 935MHz－960MHz(下行) CDMA800M： 825MHz－835MHz(上行) 870MHz－880MHz(下行) DCS1800M： 1850MHz－1910MHz(上行） 1930MHz－1990MHz(下行） PCS1900M： 1850MHz－1910MHz(上行） 1930MHz－1990MHz(下行） 发现其实900MHz信号更易受干扰，但为什么900MHz信号的工作情况反而更好呢？是否与天线本身的工频有关？这些都需要了解更多的跟实验用的这根天线有关的信息，做更多的实验。科学必须要有猜想，但科学不是猜想，必须要大量的理论证明和实验验证来支撑。实验二的步骤比实验一稍难，但我们在仔细研究后也解决了。通过这个实验，我不仅了解了八木天线的工作原理，也加强了我的科学素养。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0hlo.html