哈工大天线实验报告

1、Harbin Institute of Technology天线原理实验报告课程名称： 天线原理 班级： 姓名： 学号： 同组人： 指导教师： 实验时间： 实验成绩： 注：本报告仅供参考哈尔滨工业大学一、实验目的1. 掌握喇叭天线的原理。2. 掌握天线方向图等电参数的意义。3. 掌握天线测试方法。二、实验原理1. 天线电参数(1).发射天线电参数a.方向图：天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角坐标分布的图形。b.方向性系数：在相同辐射功率，相同距离情况下，天线在该方向上的辐射功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度S0之比值。c.有效长度：在保持该天线最大辐射场强不变的条件下，假

2、设天线上的电流均匀分布时的等效长度。d.天线效率：表征天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度。e.天线增益：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的功率密度S0之比值。f.输入阻抗：天线输入端呈现的阻抗值。g.极化：天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化。h.频带宽度：天线电参数保持在规定的技术要求范围内的工作频率范围。(2).接收天线电参数:除了上述参数以外，接收天线还有一些特有的电参数：等效面积和等效噪声温度。a.等效面积：天线的极化与来波极化匹配，且负载与天线阻抗共轭匹配的最佳状态下，天线在该方向上所接

3、收的功率与入射电波功率密度之比。b.等效噪声温度：描述天线向接收机输送噪声功率的参数。2. 喇叭天线由逐渐张开的波导构成，是一种应用广泛的微波天线。按口径形状可分为矩形喇叭天线与圆形喇叭天线等。波导终端开口原则上可构成波导辐射器，由于口径尺寸小，产生的波束过宽；另外，波导终端尺寸的突变除产生高次模外，反射较大，与波导匹配不良。为改善这种情况，可使波导尺寸加大，以便减少反射，又可在较大口径上使波束变窄。(1).H面扇形喇叭：若保持矩形波导窄边尺寸不变，逐渐张开宽边可得H面扇形喇叭。(2).E面扇形喇叭：若保持矩形波导宽边尺寸不变，逐渐张开窄边可得H面扇形喇叭。(3).角锥喇叭：矩形波导宽边和窄边

4、同时张开所形成的。(4).圆锥喇叭：圆波导半径逐渐张开形成。3. 方向图测量（测试环境、最小测试距离、极化）测试环境：最理想的场地是自由空间，可以通过微波暗室来模拟，本次实验在实验室进行测量，测量过程中由于各种反射折射及其他无线电波的干扰，对实验结果有一定干扰。最小测试距离：实际测量中，发射天线到接收天线距离有限，为保证测量精度需规定被测天线入射波的幅度、相位条件来确定最小测试距离。极化：天线在给定空间方向上远区无线电波的极化，通常指天线在其最大辐射方向上的极化。天线不能接收与其正交的极化分量，只有天线极化与来波极化一致时为极化匹配，接收机才可获得最大功率，极化失配时需乘以失配因子。4. E面

5、、H面、主瓣宽度等概念(1).E面：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面。(2).H面：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。(3).天线的极坐标方向图呈波瓣形。最大的波瓣叫做主瓣，其余的叫副瓣或旁瓣,与主瓣相反方向上的副瓣叫后瓣。a.零功率点波瓣宽度：是指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。b.半功率点波瓣宽度：是指主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍的两辐射方向之间的夹角。波瓣参数是辐射能量在空间分布的一种表征。三、实验仪器发射喇叭天线：楔形角锥喇叭接收喇叭天线：H面扇形喇叭、E面扇形喇叭、楔形角锥喇叭、圆锥喇叭功率显示器：电源、工作盘四、实验步骤(1).将发射角锥喇叭天线

6、与接收喇叭天线（E面扇形喇叭）垂直固定于工作盘，使其在同一高度，并对准开口测E面方向图。(2).左右旋转接收喇叭天线同时观察功率表找到最大值点，将该点对准刻度盘0。(3).向左旋转转盘，每转1读一次示数并记录，读到电流变不再有示数显示为止。(4).刻度盘归零，向右旋转转盘步骤同上一步。(5).接收喇叭天线换成其他类型，测出数据，步骤同上。(6).用matlab将所得数据换算成dB值并进行归一化处理。在OriginPro上输入数据，画出极坐标图。五、实验数据将测量得到的原始数据换算成dB,再进行归一化（减去每组最大dB值）处理后得到的dB数值如下。未测量得到的角度将其归一化dB值设为-50dB，

7、此处仅列出测量后处理得到数值。(1).E面喇叭E面：角度归一化功率角度归一化功率0-1.76931348-36.109181-0.5557349-36.109182-0.13606350-36.1091830351-36.109184-0.5557352-32.054535-1.6093353-29.177716-3.33773354-22.246247-5.66395355-18.191588-8.38329356-12.130239-13.08333357-9.0286810-18.19158358-5.6639511-22.24624359-3.5282112-26.9462713-32

8、.0545314-36.1091815-36.1091816-36.10918H面：角度归一化功率角度归一化功率0-0.93819327-42.046931-1.10348328-42.046932-1.4425329-42.0469330330-35.115454-1.79341331-35.115455-2.15709332-35.115456-2.53449333-35.115457-2.9267334-31.06088-3.76051335-28.183989-4.67023336-25.9525510-5.67106337-24.1293311-6.49345338-22.58782

9、12-7.38957339-21.2525113-8.03495340-20.0746814-8.72488341-19.0210815-9.85817342-17.1978616-11.1365343-15.6563517-12.0896344-14.3210418-14.32104345-12.089619-15.65635346-10.2663920-17.19786347-8.3739721-19.02108348-7.7070522-20.07468349-6.4934523-21.25251350-5.9377524-24.12933351-5.1581325-25.9525535

10、2-4.4349326-28.18398353-3.5454527-31.0608354-2.5344928-35.11545355-2.1570929-35.11545356-1.7934130-35.11545357-1.442531-42.04693358-1.2715532-42.04693359-1.1034833-42.04693(2).H面喇叭E面：角度归一化功率角度归一化功率0-1.25163356-0.606251-2.68264357-0.606252-3.48307358-1.251633-3.48307359-1.251634-4.353185-5.306286-5.3

11、06287-5.306288-5.306289-6.3598910-6.3598911-5.3062812-6.3598913-6.3598914-7.5377215-10.4145416-12.2377517-12.2377518-14.4691919-14.4691920-17.3460121-17.3460122-21.4006623-21.4006624-28.3321325-28.3321326-28.3321327-28.3321328-28.33213H面：角度归一化功率角度归一化功率00340-28.9037210341-28.903722-1.17783342-28.9037

12、23-1.82322343-28.903724-3.25422344-21.972255-4.05465345-21.972256-5.87787346-17.917597-6.93147347-17.917598-8.1093348-15.040779-9.44462349-12.8093410-10.98612350-10.9861211-15.04077351-8.109312-15.04077352-6.9314713-17.91759353-5.8778714-21.97225354-4.0546515-21.97225355-2.5131416-28.90372356-2.5131

13、417-28.90372357-1.82322358-1.17783359-0.57158(3).圆锥喇叭E面：角度归一化功率角度归一化功率0-0.44452315-35.409591-0.14599316-35.4095920317-31.354943-0.14599318-31.354944-0.44452319-28.478125-1.06972320-26.246696-1.56569321-26.246697-2.45122322-26.246698-3.22083323-26.246699-4.72906324-26.2466910-5.9652325-26.2466911-7.6

14、8371326-26.2466912-9.3827327-26.2466913-11.43064328-26.2466914-14.00893329-26.2466915-15.95049330-26.2466916-19.31521331-26.2466917-21.54665332-26.2466918-24.42347333-26.2466919-26.24669334-24.4234720-28.47812335-22.8819621-31.35494336-21.5466522-31.35494337-20.3688223-35.40959338-20.3688224-35.4095

15、9339-20.36882340-20.36882341-19.31521342-16.69157343-15.26056344-13.43735345-12.89668346-12.38374347-10.15231348-9.7601349-9.7601350-9.7601351-9.3827352-8.00119353-6.23189354-5.70545355-5.20534356-3.22083357-2.26773358-1.39762359-0.75223H面：角度归一化功率角度归一化功率00340-28.9037210341-28.903722-1.17783342-28.90

16、3723-1.82322343-28.903724-3.25422344-21.972255-4.05465345-21.972256-5.87787346-17.917597-6.93147347-17.917598-8.1093348-15.040779-9.44462349-12.8093410-10.98612350-10.9861211-15.04077351-8.109312-15.04077352-6.9314713-17.91759353-5.8778714-21.97225354-4.0546515-21.97225355-2.5131416-28.90372356-2.51

17、31417-28.90372357-1.82322358-1.17783359-0.57158(4).角锥喇叭E面：角度归一化功率角度归一化功率0-1.37201336-36.635621-1.97826337-29.704142-3.31357338-25.649493-4.05465339-22.772674-4.85508340-18.718025-6.67829341-15.84126-7.7319342-14.663377-8.90973343-13.609778-11.78655344-11.786559-12.65666345-9.5551110-14.66337346-7.73

18、1911-15.8412347-6.6782912-18.71802348-4.8550813-20.54124349-4.0546514-22.77267350-3.3135715-25.64949351-1.9782616-29.70414352-1.3720117-36.63562353-0.80043354-0.25975355-0.259753560357-0.25975358-0.52644359-0.80043H面：00342-36.3758610343-36.3758620344-29.4443930345-25.389744-0.54067346-22.512925-0.82

19、238347-22.512926-1.7185348-18.458277-2.36389349-15.581458-3.7949350-13.350019-5.02092351-11.526810-6.41854352-8.6499711-8.04373353-7.4721412-9.98529354-5.9306413-13.35001355-4.5953214-15.58145356-2.3638915-20.28148357-1.718516-22.51292358-1.1122617-29.44439359-0.2666818-29.4443919-36.3758620-36.3758

20、621-36.37586六、实验结果因为所画的极坐标为功率归一化后结果所画的图，所以只需求出两个和最大值相差3dB的点之间的夹角即为(1).E面喇叭E平面 H平面 (2).H面喇叭E平面 H平面 (3).圆锥喇叭E平面 H平面 (4).角锥喇叭E平面 H平面 E面喇叭的E面半功率点波瓣宽度小于H面；H面喇叭E面波瓣宽度大于H面；单从这次实验数据中圆锥喇叭E面大于H面，而角锥喇叭E面H面波瓣宽度相等。E面喇叭方向图中E平面能量集中在最大辐射方向上，而H面在较大角度内的能量变化不大（半功率点波瓣宽度更宽）；而H面喇叭情况恰好相反。圆锥喇叭和角锥喇叭的方向图中E面和H面情况大致相同。七、实验总结通过

21、本次实验对四种不同喇叭天线的功率测量，并且通过实验数据来观测方向图，使我对天线的原理有了更深刻的理解。在实验中通过读取与接收天线相连的电流表的示数（此处电流表示数等价于功率值，是功率值相对大小的一种表征）来确定每个相位角的辐射能力的大小。由E面喇叭和H面喇叭两种天线可以看出E面和H面的辐射场分别与天线开口口径有线性关系，因此可以通过调整天线口径大小从而调整天线的辐射方向图的主瓣的宽度，适应不同的需求。在实验中也学会了如何利用excel处理大批量数据，也熟悉了OriginPro软件的使用，方便快捷的得到所需要的方向图。实验中把E面喇叭的E面与H面弄反了，经过老师提醒改正了过来。做实验时得到数据后

22、，自己还缺少分析数据与理论值这一过程导致出错。另由于实验中，实验设备以及实验环境的影响导致实验结果与理论间确实存在一定的差距。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。实验二、演示实验1通过观看“微波暗室测试天线”视频教学内容你了解了几个问题？将这些问题概括出来并作简要回答。(1).微波暗室构成：a.屏蔽室：由屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗及各类电源滤波器等组成，其中门的造价最高。吸波材料：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。其它：主要有信号传输板、转台、天线、监控系统等。(2

23、).功能：提供人为空旷的“自由空间”条件，用吸波材料来制造一个封闭空间，这样就可在暗室内制造出一个纯净的电磁环境。在暗室内做天线、雷达等无线通讯产品和电子产品测试可以免受杂波干扰,提高被测设备的测试精度和效率。(3).工作原理：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。2通过观看“矢量网络分析仪的使用”视频教学内容你了解了几个问题？将这些问题概括出来并作简要回答。(1). 什么是矢量网络分析仪？矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。矢量网络分析仪的原理与使用力直接决于系统的动态

24、范围指标。相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟功能来实现的。(2).为何矢量网络分析仪这么贵？矢量网络分析仪除信号捕获分析外还提供了一个操作系统，上面安装了一些软件。矢量网络分析仪功能很多，被称为“仪器之王”，是射频微波领域的万用表，对使用者的专业技术要求还是比较高的；矢网主要是根据频率来划分的，频率越高，价格自然就越高。但我觉得可以把很多功能放到外接PC机上，比如处理分析这类，完全可以依靠外界操作系统及其它软件来处理。(3).工作原理：矢量网络分析仪本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描。如果是单端口测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位，以判断出阻抗或者反射情况。而对于双端口测量，则还可以测量传输参数。由于受分布参数等影响明显，所以网络分析仪使用之前必须进行校准。3我们使用的矢量网络分析仪可以测试二端口网络的S参数，试采用矢量网络分析仪设计一个天线方向图测试系统，并说明测试方法。(1).测试系统： (2).测试方法：在室外远距离测试时，通常采用分体式矢量网络分析仪的方案进行