天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布.docx

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天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布

天线与电波传播

实验一辐射波幅值分布方向性测试

一、实验目的

1•掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法；

2•了解水平面接收天线方向性的测量方法。

二、实验仪器

1•标准信号发生器：

YM1123或XB9A

2.选频放大器：

YM3892或XF—01

3.喇叭天线

4.波导调配器

5.可变衰减器

6.波导元件

三、实验原理及步骤

对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。

1.系统组成

图1-1系统组成原理框图

2.喇叭天线

工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100%（G-D）。

但

是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。

可用以下公式进行估算：

E面（yoz面）主瓣宽度

"ose=53—（1-1）

b

H面（xoz面）主瓣宽度

方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）

（1-3）

图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。

具体参数喇叭口径a1=5.5入，6=2.75入；波

导口径a=0.5入，b=0.25入；虚顶点至口径面距离j1=出=6入。

E面八-mMH

fjt-趴e■0°*

:

相对提幅

图1-2角锥喇叭的三维标高方向图

图1-3为本实验所用喇叭天线示意图:

图1-3实验所用喇叭天线

3•测水平面接收天线方向性

图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。

测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。

严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。

但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。

测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。

本实验主要测水平面即方位方向性。

四、实验内容及步骤

按照系统组成原理图连接好设备。

开启信号源，调节其输出电平及频率，选择连续方波内调制方式，重复频率为1KHz左右。

实验室过程中适当调整选频放大器的分贝衰减档

及增益控制旋钮，避免在输出较大时选频放大器指针打表，

1•当两喇叭天线分别相距100cm、50cm时，选频放大器读数各是多少，利用课堂所

学理论分析并阐述为什么。

2•使两喇叭天线相距50cm,转动发射天线，在改变两喇叭天线相对水平角度的同时，观察选频放大器指针读数如何变化，何角度时指针偏转最大、最小，读数各是多少（两喇叭天线相对水平角度记为0°）。

利用课堂所学理论分析并阐述为什么。

3.拆下两喇叭天线，即成口径面天线，比较一下安装喇叭天线与安装口径面天线时系统接收、发射性能，利用所学理论分析并阐述原因。

比较方法一：

使两口径面天线相距

50cm,读出选频放大器指针读数与步骤1结果比较；比较方法二：

以两喇叭天线相距50cm

时选频放大器指针读数为标准，两口径面天线相距多远选频放大器指针能获得此数值。

五、实验注意事项

本实验所使用的仪器设备非常精密且价格昂贵，要求同学们作实验时爱护仪器、正确使用。

系统连接参照指导书上原理图，测量时调节系统中各旋钮要求力度适中且动作徐缓，

一是保护仪器，二是使测量结果更加精确。

另外，注意观察测量放大器表盘的指针是否超出测量范围，如最大值超过满量程刻度的3/4，调节衰减旋钮，降低信号幅值（调节标准

信号发生器、波导系统中的可调衰减器、选频放大器均可）。

六、实验报告

1•出系统的原理框图，并说明喇叭天线在系统中的作用；

2.记录并处理实验数据，得出实验结论；

3.回答问题；

4.讨论误差原因，说明如何避免误差。

附录：

实验所用仪器介绍

1.YM1123为3cm波段信号发生器，本仪器适用于实验室及生产车间条件下，供接收机、测量线及其它无线电微波工程设备作为信号源用。

本仪器采用集成电路，具有体积小、

重量轻、耗电量小、携带和使用方便等特点。

a.技术参数：

频率范围7.5GHz-12.4GHz

输出功率

（1）毫瓦输出：

在电压驻波比不大于1.7的500?

负载时不小于5mw

（2）微瓦输出：

-10dBm〜-10OdBm（在电压驻波比不大于1.7,50?

负载时）。

b.仪器有下列工作方式：

（1）等幅（=）,电表及内部直流放大器组成微瓦小功率计，用来测量校准衰减器在100敝

时0dB定标（相当于-10dBm）。

误差为力±dB。

（2）内方波调制

重复频率范围：

x1时，40Hz〜400Hz

X10时，400Hz〜4000Hz

刻度误差：

戈0%±0Hz

前后沿均不大于0.5必

（3）内脉冲调制

重复频率范围：

Xl时，40Hz〜400Hz

X10时，400Hz〜4000Hz

刻度误差：

戈0%±0Hz

宽度范围：

1必〜30

刻度误差：

戈0%±）.2必

前后沿均不大于0.2必

（4）延迟范围：

3必〜300必

刻度误差：

戈0%±pS

f重不大于2000Hz时，延迟范围可达300PS

f重大于2000Hz时，延迟范围由O.6X106/f重（pS）确定。

（5）外整步可接受重复频率为40Hz〜10KHz的正或负极性，幅度为4〜I8V的脉冲信

号（其输出高频调制脉冲宽度、延迟与内调制时相同）。

（6）外调制可接受重复频率为40HZ〜10KHZ,宽度为0.5PS〜300^So幅度为4〜I8V正

或负极性的脉冲信号。

（7）整步脉冲输出，无论内或外调制内方波调制时（负载阻抗不小于10K?

，负载电容

小于20PF），仪器均能给出前沿优于0.5PS及不小于2V,整步脉冲信号输出。

本仪器调制方式，是在高频输出系统中，采用同轴PIN调制器，调制深度》26dB。

C.面板调节控制机构作用介绍

面板调节控制机构示意图见附图1—1。

（1）电源开关按下，仪器电源接通到规定的预热时间仪器即开始正常工作。

（2）工作状态开关：

按“”或“I”键可改变工作状态，指示灯也相应改变。

（3）“调谐”旋钮调节可改变输出频率。

（4）“调零”旋钮调节可改变电表电气调零。

（5）“衰减调节”旋钮可控制输出电平。

（6）“衰减调零”为100川基准OdB校准。

（7）“XI、x10”开关：

调制信号重复频率开关。

（8）“重复频率”旋钮调节可改变调制信号重复频率。

（9）“脉宽”旋钮调节可改变调制信号脉冲宽度。

（10）“延迟”旋钮调节可改变调制信号脉冲延迟时间。

d.使用方法

（1）电源开关置于“开”时，工作状态指示灯亮。

（2）工作状态选择置于“等幅”，作大信号或无定标要求应用时，调节“衰减调节”可控制输出功率的大小，反时针调节，信号输出增大，衰减显示减小。

顺时针调节，信号输出减小，衰减显示增大。

（3）作小信号定标要求应用时，调节“调谐”旋钮，选定所需频率指示，“衰减调节”

顺时针调至极端上，将仪器附带的功率探头，其带探头的一端与仪器背后的三线插座联接，探头一端与输出孔联接，工作状态置于“外调制”，调节“零点”旋钮，校准表头电气零

点，工作状态置于“等幅”，然后“衰减调节”反时针慢摇，至电平指示为100^A刻度上,

调节“衰减调零”旋钮，使衰减显示为000.0的位置。

校准后，衰减器读数为0dB相当于

100^W（-10dB），最后拆下功率探头与被测仪器联接。

若要改变工作状态只须根据工作状态选择按键置于选定位置即可。

（4）“方波”与“脉冲”状态时，其重复频率范围与倍乘范围是共用的，都可以连续调节的。

（5）“外调制”或“外整步”工作状态时，输入脉冲信号均由外脉冲插座输入。

（6）仪器面板上三个顺序排列的电位器，自左起分别为“重复频率”、“脉宽”、“延迟”

的调节系统。

（7）仪器在输出功率不大于5mW寸,保证频率精度。

构机制控节调板W1-1图附

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2.YM2892选频放大器是一种检测微弱信号的精密测量放大器，与测量线配套，可以

-6-

测量信源频率与负载阻抗等等。

a.技术参数：

⑴工作频率：

1000Hz，可调范围不小于40Hz

⑵通频带：

16Hz、24Hz、32Hz、40Hz、±20%

（3）灵敏度：

在阻抗为200?

，电表满度偏转情况下,

⑷表头刻度：

刻度0〜1000mV

分贝0〜l0dB

驻波比1〜4,3〜10

非线性误差：

小于满刻度值的5%

⑸放大器量程：

0〜60dB,每10dB±0.5dB步进

0〜5dBi0.2dB

0〜5dB连续可调

⑹输入阻抗：

200?

2000K?

b.调节机构

附图1-2调节机构示意图

（1）表头

（2）分贝壳选择开关：

0〜60dB步进。

（3）频率调节：

调谐输入信号频率。

（4）输入阻抗转换开关：

分200?

、200K?

两档。

（5）接地

（6）增益控制旋钮：

可在0〜5dB连续调节。

（7）带宽控制开关：

按需要可选择16、24、32、40Hz四档带宽。

（8）输入接头：

Q9

（9）0/5dB选择开关。

（10）电源开关：

左边按下为开机状态。

c仪器使用方法

准备工作：

（1）检查输入交流电源电压是否正确。

（2）表头机械调零：

在电源不接通时，使表头指示指零。

（3）分贝开关不要放在50dB、60dB位置，以免工作时因信号过大损坏表头。

（4）增益电位器放在中间位置。

（5）接通电源，预热30分〜1小时后，再进行系统测试。

仪器使用：

（1）输入信号，选择输入阻抗200?

或200k?

。

（2）按被测信号的强弱选择分贝开关的位置，0dB可输入信号最大。

（3）通带调节：

仪器通带分16Hz、24Hz、32Hz、40Hz四档，当仪器灵敏度能满足要求时，选择较宽的通频带，仪器性能较稳定。

（4）频率调节：

每次使用或通带换档时，频率调节都要调谐到信号最大。

旋钮顺时针转动为频率降低。

（5）增益调整：

配合分贝转换开关控制信号的大小，一般增益开关放在中间或中间偏上的位置。

旋钮顺时针旋转输出信号增大。

（6）0/5dB开关一般放在正常位置。

驻波比的测量：

按一般驻波比测量法，可直接在驻波比刻度1〜4上读出被测负载的驻波比。

当驻波

比读数大于3.2时，分贝开关可顺时针方向旋转一档，在驻波比刻度3.2〜10上读出驻波

比。

d.注意事项：

仪器使用中发现表头超过范围打表头时，首先应调节分贝开关，逐档降低分贝指示读数，若不起作用应停止使用，待找到原因并消除故障后再使用。

仪器应远离强电磁场，避免机械振动，以免影响测试数据。

3.可变衰减器。

其作用相当于可调电位器，旋动上部旋钮（有刻度标志）可改变吸收片插入波导深度，从而达到改变衰减量的目的。

4.双T调配器。

相当于在一般波导上并联和串联各一可调电抗（通过改变短路波长度实现电抗阻值变化）。

5•本实验所使用波导为WJB-100,其截面尺寸：

a=22.8mm,b=10.16mm。