天线技术实验报告

Harbin Institute of Technology

天线技术实验报告

姓名： 班级： 学号： 院系： 电信学院

2014年5月

实验一 天线方向图的测量

一、 实验目的

1、 通过实验掌握天线方向图测量的一般方法。

2、 喇叭口径尺寸对方向图影响，E面、角锥喇叭与圆锥喇叭的比较。

二、 实验设备

发射源：信号发生器、测量线、被测天线、发射天线、天线转台、检波器或微波小功率计等。测量装置如图1所示。 发射天线 接收天线

匹配器 衰减器 信号源

图1 天线方向图测试系统

在接收端如有功率计，可直接用它测而不必用检波器，根据条件而定。

可变衰减器 检波器 选频放大器 三、 实验原理

测量方法：

1、固定天线法：被测天线不动以它为圆心在等圆周上测得场强的方式。

2、旋转天线法：标准天线不动为发射天线，而待测天线为接收天线，而自身自旋一周所测的方向图。本实验采用的是旋转天线的方法。 测量步骤：

无论是固定测量或者旋转天线法，他们都是可动天线每改变一个角度（2°）记录下来一个数值（检波器或小功率计指示），改变一周即得到360度范围内的方向图。 测量要求：

①测量天线时，收发天线应该保持水平和垂直方向上的对齐；

②调节发射天线的衰减，使接受天线上的感应电流大于60mA，以保证测得方向图的明显；

③在旋转天线的测量平面时，应该将收发天线同时旋转，避免产生极化垂直的问题，使得无法测量。

四、 实验步骤

本试验是3公分波长的角锥喇叭，所用的仪器是微波分光仪，采用旋转天线法，标准天线不动，并将它

固定在旋转盘上，待测天线旋转一周所测数据。

1、把待测天线即3公分波长的角锥喇叭固定在微波分光议的旋转盘上，再将标准喇叭固定在信号发生器上面，首先计算出两喇叭之间距离，其装置如图所示：

发送 接收

图3 角锥喇叭实验装置

2、首先将发射旋钮拨至等幅位置，这是接收端的指示器微安表应有指示，其大小可通过调整发射端的衰减，使得接收的指示器指针可达60-80uA左右。 3、使两喇叭在同一直线上而且在同一平面内。 4、测量：

首先记下接收端微安表指示值，向左半平面旋转接收喇叭，每旋转一度，记下相应的电流表的指示，直到显示为零，然后向右半平面旋转，记下相应的数据，在坐标纸上画出方向图，计算出半功率角宽度，及有关角锥喇叭的各种参数。

五、 实验数据

1、 E面喇叭E面方向图

①极坐标

②E面喇叭E面归一化

③E面喇叭E面分贝归一化

主瓣宽度约为10度

2、 E面喇叭H面方向图

①极坐标

②E面喇叭H面归一化

③E面喇叭H面分贝归一化

主瓣宽度大致为20度。

3、 角锥喇叭E面方向图

①极坐标

②角锥喇叭E面归一化

③角锥喇叭E面分贝归一化

主瓣宽度约为13度

4、 角锥喇叭H面方向图

①极坐标

②角锥喇叭H面归一化

③角锥喇叭H面分贝归一化

主瓣宽度约为12度.

5、 圆锥喇叭E面方向图

①极坐标

②圆锥喇叭E面归一化

③圆锥喇叭E面分贝归一化

主瓣宽度约为15度.

6、 圆锥喇叭H面方向图

①极坐标

②圆锥喇叭H面归一化

③圆锥喇叭H面分贝归一化

主瓣宽度约为18度。

六、 实验体会

通过对天线的测量和分析，使我懂得了天线的原理和作用。天线在生活中虽然很常见，但却从来不懂得它的意义何在。此次实验，让我主动的查找资料，并且不断的和同学交流，使我更加深刻的理解了天线的工作原理。通过matlab软件画天线的极坐标方向图、归一化方向图和分贝归一化方向图，可以把实际中很抽象的问题转化为清晰明了的图形，大大减轻了对天线的研究和开发工作，提高了效率。

通过对实验原理的学习和测量的结果的分析，可以知道天线的方向性图与天线喇叭口径的尺寸和形状有关系。实验分别测量了E面喇叭、圆锥喇叭和角锥喇叭的E面、H面方向图，知道了E面喇叭的方向图不如角锥喇叭的增益大，但是E面喇叭有较大的主瓣宽度。

在测量中，也发现了不少问题，例如若发射天线的衰减较大，使得接收天线的感应电流过小的话，会让结果测量不准确；极化对天线的增益有很大的影响，当发射天线和接收天线的极化方向垂直时，将无法互相通信；当收发天线在垂直平面上没有对准的话，也会使接收天线的感应电流过小等问题。这些问题的发现让我们学到了很多。

附录：实验数据

E喇叭E面

角度

测量数据

归一化

分贝归一化

-30 0 -25 0 -23 0 -22 1 -21 1 -20 2 -19 2 -18 2 -17 2 -16 2 -15 2 -14 2 -13 2 -12 3 -11 4 -10 6 -9 7 -8 10 -7 14 -6 16 -5 23 -4 23 -3 29 -2 34 -1 40 0 46 1 46 2 47 3 44 4 39 5 36 6 33 7 28 8 23 9 18 10 15 11 11 12 8 13 6 14 4 15 3 16 2 17 2 18 2 19 2 20

1

0 0 0 0.021 -33.442 0.021 -33.442 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.064 -23.8995 0.085 -21.4008 0.128 -17.8789 0.149 -16.54 0.213 -13.442 0.298 -10.5194 0.34 -9.35956 0.489 -6.2074 0.489 -6.2074 0.617 -4.194 0.723 -2.81238 0.851 -1.40076 0.979 -0.1868 0.979

-0.1868

1 0 0.936 -0.5729 0.83 -1.62067 0.787 -2.07792 0.702 -3.07168 0.596 -4.4988 0.489 -6.2074 0.383 -8.33651 0.319 -9.92013 0.234 -12.6141 0.17 -15.3802 0.128 -17.8789 0.085 -21.4008 0.064 -23.8995 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.043 -27.4214 0.021

-33.442

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0.021 0.021

0 0 0 0 0 0 0 0

-33.442 -33.442

E喇叭H面

测量数角度

据

-51 0 -50 1 -49 1 -48 1 -47 1 -46 1 -45 1 -44 2 -43 2 -42 2 -41 2 -40 2 -39 2 -38 3 -37 3 -36 3 -35 4 -34 4 -33 4 -32 5 -31 5 -30 6 -29 7 -28 8 -27 9 -26 10 -25 11 -24 12 -23 13 -22 14 -21 15 -20 16 -19 18 -18 20 -17 21 -16 23 -15

25

归一化

0 0.022 0.022 0.022 0.022 0.022 0.022 0.043 0.043 0.043 0.043 0.043 0.043 0.065 0.065 0.065 0.087 0.087 0.087 0.109 0.109 0.13 0.152 0.174 0.196 0.217 0.239 0.261 0.283 0.304 0.326 0.348 0.391 0.435 0.457 0.5 0.543

分贝归一化 -33.1515

-33.1515 -33.1515 -33.1515 -33.1515 -33.1515 -27.3306 -27.3306 -27.3306 -27.3306 -27.3306 -27.3306 -23.7417 -23.7417 -23.7417 -21.2096 -21.2096 -21.2096 -19.2515 -19.2515 -17.7211 -16.3631 -15.189 -14.1549 -13.2708 -12.432 -11.6672 -10.9643 -10.3425 -9.73565 -9.16842 -8.15646 -7.23021 -6.80168 -6.0206 -5.304

-14 26 -13 27 -12 28 -11 30 -10 33 -9 34 -8 35 -7 36 -6 37 -5 38 -4 40 -3 42 -2 43 -1 43 0 45 1 45 2 45 3 46 4 46 5 45 6 45 7 45 8 41 9 41 10 41 11 40 12 38 13 37 14 35 15 34 16 33 17 32 18 31 19 30 20 29 21 27 22 23 23 22 24 20 25 18 26 17 27 17 28 16 29 14 30 13 31 11 32 9 33 8 34 8 35 7 36 7 0.565 -4.95903 0.587 -4.62724 0.609 -4.30765 0.652 -3.71505 0.717 -2.88962 0.739 -2.62711 0.761 -2.37231 0.783 -2.12476 0.804 -1.89488 0.826 -1.6604 0.87 -1.20961 0.913 -0.79058 0.935 -0.58377 0.935 -0.58377 0.978 -0.19322 0.978 -0.19322 0.978

-0.19322

1 0 1 0

0.978 -0.19322 0.978 -0.19322 0.978 -0.19322 0.891 -1.00245 0.891 -1.00245 0.891 -1.00245 0.87 -1.20961 0.826 -1.6604 0.804 -1.89488 0.761 -2.37231 0.739 -2.62711 0.717 -2.88962 0.696 -3.14782 0.674 -3.4268 0.652 -3.71505 0.63 -4.01319 0.587 -4.62724 0.5 -6.0206 0.478 -6.41144 0.435 -7.23021 0.391 -8.15646 0.37 -8.63597 0.37 -8.63597 0.348 -9.16842 0.304 -10.3425 0.283 -10.9643 0.239 -12.432 0.196 -14.1549 0.174 -15.189 0.174 -15.189 0.152 -16.3631 0.152 -16.3631

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 6 6 6 6 5 4 4 3 3 3 2 0.13 0.13 0.13 0.13 0.109 0.087 0.087 0.065 0.065 0.065 0.043 -17.7211 -17.7211 -17.7211 -17.7211 -19.2515 -21.2096 -21.2096 -23.7417 -23.7417 -23.7417 -27.3306 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 1 54 1 55 1 56 1 57 0 58 0

E面

测量数角度

据

-30 0 -29 2 -28 2 -27 3 -26 4 -25 5 -24 6 -23 8 -22 9 -21 11 -20 13 -19 14 -18 14 -17 14 -16 14 -15 14 -14 15 -13 16 -12 18 -11 20 -10 24 -9 28 -8 34 -7

38

0.043 0.043 0.043 0.043 0.021 0.021 0.021 0.021

0 0 0

归一化

0 0.029 0.029 0.043 0.057 0.071 0.086 0.114 0.129 0.157 0.186 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.214 0.229 0.257 0.286 0.343 0.4 0.486 0.543

-27.3306 -27.3306 -27.3306 -27.3306 -33.5556 -33.5556 -33.5556 -33.5556

分贝归一化 -30.752 -30.752 -27.3306 -24.8825 -22.9748 -21.31 -18.8619 -17.7882 -16.082 -14.6097 -13.9794 -13.9794 -13.9794 -13.9794 -13.9794 -13.3917 -12.8033 -11.8013 -10.8727 -9.29412 -7.9588 -6.26727 -5.304

圆锥喇叭-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 45 50 56 62 64 68 70 69 68 66 64 0.643 0.714 0.8 0.886 0.914 0.971

1 0.986 0.971 0.943 0.914 -3.83578 -2.92604 -1.9382 -1.05133 -0.78108 -0.25562

0

-0.12246 -0.25562 -0.50977 -0.78108 5 60 6 53 7 50 8 42 9 35 10 32 11 26 12 21 13 17 14 14 15 11 16 9 17 8 18 8 19 7 20 6 21 6 22 6 23 6 24 5 25 4 26 3 27 2 28 2 29 2 30 1 31 1 32 1 33 0 34 0 35 0

H面

测量数角度

据

-35 0 -34 0 -33 1 -32 1 -31

2

0.857 0.757 0.714 0.6 0.5 0.457 0.371 0.3 0.243 0.2 0.157 0.129 0.114 0.114 0.1 0.086 0.086 0.086 0.086 0.071 0.057 0.043 0.029 0.029 0.029 0.014 0.014 0.014

0 0 0

归一化

0 0 0.013 0.013 0.027

-1.34038 -2.41808 -2.92604 -4.43697 -6.0206 -6.80168 -8.61252 -10.4576 -12.2879 -13.9794 -16.082 -17.7882 -18.8619 -18.8619

-20 -21.31 -21.31 -21.31 -21.31 -22.9748 -24.8825 -27.3306 -30.752 -30.752 -30.752 -37.0774 -37.0774 -37.0774

分贝归一化 -37.7211 -37.7211 -31.3727

圆锥喇叭-30 2 -29 2 -28 2 -27 2 -26 2 -25 2 -24 3 -23 4 -22 5 -21 6 -20 8 -19 10 -18 14 -17 17 -16 22 -15 23 -14 30 -13 36 -12 40 -11 46 -10 51 -9 56 -8 62 -7 64 -6 68 -5 72 -4 74 -3 75 -2 74 -1 72 0 71 1 68 2 66 3 60 4 56 5 48 6 42 7 38 8 34 9 28 10 23 11 17 12 13 13 11 14 8 15 6 16 6 17 4 18 4 19 4 20 4 0.027 -31.3727 0.027 -31.3727 0.027 -31.3727 0.027 -31.3727 0.027 -31.3727 0.027 -31.3727 0.04 -27.9588 0.053 -25.5145 0.067 -23.4785 0.08 -21.9382 0.107 -19.4123 0.133 -17.523 0.187 -14.5632 0.227 -12.8795 0.293 -10.6626 0.307 -10.2572 0.4 -7.9588 0.48 -6.37518 0.533 -5.46546 0.613 -4.25079 0.68 -3.34982 0.747 -2.53359 0.827 -1.64989 0.853 -1.38102 0.907 -0.84785 0.96 -0.35458 0.987 -0.11366 0.987

-0.11366

1 0

0.987 -0.11366 0.96 -0.35458 0.947 -0.473 0.907 -0.84785 0.88 -1.11035 0.8 -1.9382 0.747 -2.53359 0.56 -5.03624 0.56 -5.03624 0.507 -5.89984 0.453 -6.87804 0.373 -8.56582 0.307 -10.2572 0.227 -12.8795 0.173 -15.2391 0.147 -16.6537 0.107 -19.4123 0.08 -21.9382 0.08 -21.9382 0.053 -25.5145 0.053 -25.5145 0.053 -25.5145

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 4 4 3 2 2 2 2 2 1 1 0 0.053 0.053 0.04 0.027 0.027 0.027 0.027 0.027 0.013 0.013

0 -25.5145 -25.5145 -27.9588 -31.3727 -31.3727 -31.3727 -31.3727 -31.3727 -37.7211 -37.7211 32 0 33 0 34 0 35 0

角锥E面

测量数角度

据

-50 0 -45 0 -43 0 -42 1 -41 1 -40 1 -39 11 -38 2 -37 2 -36 2 -35 2 -34 2 -33 2 -32 2 -31 2 -30 2 -29 2 -28 2 -27 2 -26 2 -25 2 -24 3 -23 4 -22 5 -21 7 -20 9 -19 11 -18 14 -17 14 -16 14 -15 14 -14

14

0 0 0 0

归一化

0 0 0 0.013 0.013 0.013 0.013 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.038 0.05 0.063 0.088 0.113 0.138 0.15 0.175 0.175 0.175 0.175

分贝归一化

-37.7211 -37.7211 -37.7211 -37.7211 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -32.0412 -28.4043 -26.0206 -24.0132 -21.1103 -18.9384 -17.2024 -16.4782 -15.1392 -15.1392 -15.1392 -15.1392

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 14 14 14 15 18 20 26 33 40 50 58 0.175 0.175 0.175 0.188 0.225 0.25 0.325 0.413 0.5 0.625 0.725 -15.1392 -15.1392 -15.1392 -14.5168 -12.9563 -12.0412 -9.76233 -7.681 -6.0206 -4.0824 -2.79324 -2 65 -1 72 0 78 1 78 2 80 3 77 4 76 5 74 6 69 7 65 8 62 9 54 10 45 11 41 12 33 13 28 14 23 15 20 16 17 17 15 18 14 19 13 20 12 21 10 22 9 23 8 24 7 25 6 26 4 27 3 28 2 29 2 30 1 31 1 32 0 35 0 40 0

角锥H面

角度

测量数

0.813 0.9 0.975 0.975

1 0.963 0.95 0.925 0.863 0.813 0.775 0.675 0.563 0.513 0.413 0.35 0.288 0.25 0.213 0.188 0.175 0.163 0.15 0.125 0.113 0.1 0.088 0.075 0.05 0.038 0.025 0.025 0.013 0.013

0 0 0

归一化

-1.79819 -0.91515 -0.21991 -0.21991

0

-0.32747 -0.44553 -0.67717 -1.27978 -1.79819 -2.21397 -3.41392 -4.98983 -5.79765 -7.681 -9.11864 -10.8122 -12.0412 -13.4324 -14.5168 -15.1392 -15.7562 -16.4782 -18.0618 -18.9384

-20 -21.1103 -22.4988 -26.0206 -28.4043 -32.0412 -32.0412 -37.7211 -37.7211

分贝归一

据 -30 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 0 0 1 1 2 2 3 4 4 6 0 0

0.012821 0.012821 0.025641 0.025641 0.038462 0.051282 0.051282 0.076923 化

-37.8419

-37.8419 -31.8213 -31.8213 -28.2995 -25.8007 -25.8007 -22.2789 -18 8 -17 10 -16 12 -15 14 -14 17 -13 19 -12 21 -11 24 -10 28 -9 33 -8 38 -7 44 -6 50 -5 55 -4 57 -3 64 -2 70 -1 74 0 78 1 76 2 74 3 71 4 67 5 61 6 55 7 50 8 44 9 38 10 33 11 28 12 22 13 20 14 17 15 14 16 10 17 8 18 6 19 5 20 4 21

3

0.102564 0.128205 0.153846 0.179487 0.217949 0.24359 0.269231 0.307692 0.358974 0.423077 0.487179 0.564103 0.641026 0.705128 0.730769 0.820513 0.897436 0.948718

1

0.974359 0.948718 0.910256 0.858974 0.782051 0.705128 0.641026 0.564103 0.487179 0.423077 0.358974 0.282051 0.25641 0.217949 0.179487 0.128205 0.102564 0.076923 0.064103 0.051282 0.038462

-19.7801 -17.8419 -16.2583 -14.9193 -13.2329 -12.2668 -11.3975 -10.2377 -8.89873 -7.47161 -6.24622 -4.97284 -3.86249 -3.03464 -2.72439 -1.71829 -0.93993 -0.45726

0

-0.22562 -0.45726 -0.81673 -1.3204 -2.1353 -3.03464 -3.86249 -4.97284 -6.24622 -7.47161 -8.89873 -10.9934 -11.8213 -13.2329 -14.9193 -17.8419 -19.7801 -22.2789 -23.8625 -25.8007 -28.2995

22 23 24 25 26 2 2 1 1 1 0.025641 0.025641 0.012821 0.012821 0.012821

-31.8213 -31.8213 -37.8419 -37.8419 -37.8419 27 0 28 0 29 0 30 0 40 0 50 0

0 0 0

0 0 0

实验二 天线演示性试验

1. 微波暗室包括吸收层和屏蔽层两部分组成，请回答这两部分是用什么材料实现的？

微波暗室包括屏蔽层和吸收层两部分组成。屏蔽层：由屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗及各类电源滤波器等组成。屏蔽壳体通常采用焊接式，大部分是用金属材料制成。吸收层：主要由吸波材料构成，如单层铁氧体片和锥形含碳海绵吸波材料，锥形含碳海绵吸波材料是由聚氨脂泡沫塑料在碳胶溶液中渗透而成，具有较好的阻燃特性，据说用烟头只能使其发黑而不能使其燃烧。

2. 请分析一下微波暗室的吸收层的工作原理。

微波暗室的吸收层的主要工作原理是根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率吸波材料引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。

3. 请简述微波暗室屏蔽层所使用的关键技术。

微波暗室的屏蔽层主要是由屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗及各类电源滤波器等组成。屏蔽壳体是由金属网组成；屏蔽门大部分由金属组成，可以吸收屏蔽电磁波，在门缝的处理上采取了金属夹的形式，用大量的金属片和门框上的金属棒相互夹紧覆盖以吸收门缝中的电磁波，再将金属棒接地；通风波导窗是将通道口制成逐渐外扩的形状，以减弱从通风口来的电磁波，再在通道口平面加以金属网，吸收屏蔽已经减弱的电磁波，然后用小型的吸波材料粘在金属网上，使整个微波暗室都被吸波材料覆盖；各类电线的接入是从墙上统一接入，在接入时以导电橡胶为主，增大反射。

4. 简述标准喇叭天线的结构，并说明它的增益与哪些因素有关。

标准喇叭天线是波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，通体以金属构成，具有相当稳定的增益。喇叭天线的增益与喇叭截面形状，口径面积（包括x和y方向的尺寸），喇叭高度，电磁波频率等有关。

5. 我们所使用的微波暗室，收发天线之间的距离为5.4m，发射天线口径为25cm×20cm，工作频率为1-18GHz，接收天线口径为30cm×25cm，工作频率为0.5-5GHz，请问能否测试出接收天线上限工作频率的方向图，并说明理由。

答:由最小测试距离公式rmin?2(D1?D2)2? 可知，只要测试距离5.4m大于最小测试距离即可。

D1?0.252?0.22?0.32 D2?0.32?0.252?0.39 rmin?16.8m

所以该距离下不能测出最大频率。

6. 采用矢量网络分析仪测试接收天线所收到的信号幅度，在不考虑馈线损耗的情况下，试推导收发天线的信号幅度比值。（已知条件为，信号频率f、收发天线距离r、各自增益Gt、Gr以及测试得到的S21幅度值|S21|。） 答：由公式

???Pr?c?22urcPr?Pt?GGS?GGS??S21?GrGt?rt21??rt214?rP4?rfu4?rf??? t? 所以 t

227. 矢量网络分析仪测试所得到的天线的S11参数和电压驻波比（VSWR）的关系。 电压驻波比?和天线的S11参数之间的关系：??1?S111?S11。

8. 矢量网络分析仪测试所得到的天线的S11参数和天线输入阻抗Zin的关系。 天线输入阻抗Zin和天线的S11参数之间的关系：Zin?Z0

1?S11。

1?S11

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wx2.html