电磁波实验报告天线幅频特性.docx
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电磁波实验报告天线幅频特性
电磁波实验报告-天线幅频特性
专业：
__
姓名：
_________
学号：
______
日期：
_2010年10月7日_
地点：
___________
实验报告
课程名称：
电磁场与微波技术实验指导老师：
____________成绩：
__________________
实验名称：
天线的辐射特性测量实验类型：
同组学生姓名：
_________
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
揭示喇叭天线的辐射特性
覆盖的基本概念：
天线辐射方向图波束宽度天线的极化特性电磁波在空间传播中与距离的关系
二、实验内容和原理
当今社会尽管人们不一定知道无线寻呼、蜂窝电话、卫星通信、无限广播与电视的具体工作原理，但是他们已成为人们生活不可缺少的一部分。
在这些无限通信系统中不管是发射还是接收，天线都是一个不可缺少的部件。
描述天线的参量很多，则其主要的有：
天线方向图、辐射方向土、波速宽度、旁版电平、工作频率与响应、效率等等。
除此之外，天线发射（或接收）电磁波都具有极化特性，所谓极化是指电磁波电场矢量的方向，所以接收机接收到的信号大小跟收、发天线的安装方向有关。
如果发射天线所发射电磁波的极化方向与接收天线的极化方向一致时，接收信号最大，若两者正交，接受机将接收不到信号。
本实验用3公分波段（8-12GHz）喇叭天线揭示天线方向性、波束宽度、波的极化特性。
实验装置图见实验辅导书P39。
发射端由固态振荡源、微波衰减器、小喇叭天线连接组成，并装在一个云台上。
发射端喇叭天线可以绕矩形波导轴向旋转，由此可以改变发射电磁波的极化方向，其极化角度可以从指示刻度盘读出；发射功率的大小可用微波衰减器来调节。
云台可在垂直面和水平面上转动，用于测量发射天线的方向性特性；发射端还装有一个可移动的金属栅网；天线移动架可以使发射端沿着移动架轨道平移，从而改变收、发喇叭天线之间的距离，其测量值可以从移动架上的刻度尺读取。
接收端将喇叭天线与微波晶体检波器连接在一起固定不动。
用到的方程：
其中R为收、发天线间的距离（本实验R取收发天线喇叭口之间的距离）
最佳角锥喇叭天线增益：
喇叭天线半功率波束宽度：
三、主要仪器设备
本实验用3公分波段喇叭天线解释天线方向性、波速宽度、波的极化特性。
实验装置包括3部分：
信号发射端、接收端和天线移动架。
四、操作方法和实验步骤
1、电磁波在空间传播中与距离的关系测量
拧松天线移动架的锁紧螺栓，调节两天线之间距离为1.0m，然后拧紧镙栓使发射端位置固定。
接收端的波导检波器输出通过馈线接到选频放大器。
（1）将发射天线极化方向调整到与接收天线的极化方向一致，即同为垂直极化方式。
（2）开启固态信号源（工作方式为方波调制）与选频放大器电源。
调节波导检波器调配螺钉或短路活塞位置使选频放大器上指示的检波输出最大（检波器匹配），选择选频放大器的“分贝”旋钮量程选择40dB或50dB档位，并调节发射端的微波衰减速器，使选频放大器输出满量程，即归一化数值为0dB。
（3）依次改变收、发天线间的距离，记录结果。
2、极化测量
天线极化测量
（1）拧松发射天线锁紧镙栓，调整发射喇叭天线的极化方向与接收天线一致后锁紧镙栓，此时记极化刻度盘上的角度为相对值
。
（2）依次拧松云台的垂直与水平锁紧镙栓，调节发射天线的水平与垂直指向，找到选频放大器指示的最大位置（即找到天线方向图最大值这一点）后锁紧镙栓，然后调节发射端的微波衰减器使选频放大器输出满量程，即相对归一化数值为0dB。
（3）依次绕矩形波导轴向旋转发射喇叭天线，从
到
，每隔
记录选频放大器指示的读数。
极化栅网特性测量：
（1）调整发射喇叭天线的极化方向与接收天线一致后锁紧镙栓，即极化角度为
位置。
（2）将极化栅网移至发射机喇叭天线前面，旋转极化栅网使选频放大器读数最大。
然后调节发射端的微波衰减速器使选频放大器输出满量程，即相对归一化数值为0dB，并记栅网上的角度为相对
。
（3）、依次将极化栅网转过
和
，分别记录选频放大器读数。
3、喇叭天线辐射方向图测量
移开极化栅网。
调整发射喇叭天线极化角度，使与接收天线的极化角度一致；选择选频放大器的“分贝”旋钮量程选择40dB或50dB档位。
（1）拧松云台中水平旋转锁紧旋钮，在水平方向上旋转发射喇叭天线，找到选择选频放大器指示最大点位置时锁紧旋钮。
用同样的方法在垂直面上找到选择选频放大器指示最大点位置，然后调节发射端的微波衰减器使选频放大器输出满量程（0dB），此时分别记水平面和垂直面上刻度盘中的角度读数为相对
；记选频放大器读数为天线方向特性的最大点，即相对归一化数值为0dB（因为天线的方向图为一立体结构，以上步骤是为了寻找方向图的最大值点）。
（2）拧松云台中水平旋转锁紧旋钮，在水平方向上旋转发射天线，由转到，每隔记录选择选频放大器读数于表中，并测出功率时的波束宽度。
然后将天线转至水平位置，锁紧水平旋转旋钮。
（3）用上述同样的方法测量垂直面上的方向图，记录读数。
（4）测量背景噪声。
五、实验数据记录和处理
1.电磁波在空间传播中与距离的关系测量
改变收发天线之间的距离，测得数据如下
距离R（m）
实验测量值
相对归一化功率
1.0
100
0dB
1.1
84
-0.75dB
1.2
71
-1.5dB
1.3
61
-2.2dB
1.35
55
-2.6dB
2.极化测量
（1）天线极化测量
发射喇叭天线极化特性
发射喇叭天线角度
实验测量值dB
相对归一化功率dB
0
100
0
10
96
-0.2
20
90
-0.5
30
78
-1.1
40
62
-2.5
50
42
-3.8
60
24
-6.2
70
9
-11
80
2
-14.6
90
0
（2）极化栅网极化特性（-40dB作为归一化0值）
极化栅网角度
0
90
45
相对归一化功率
0dB
-30.8dB
-3.4dB
3.喇叭天线辐射方向图测量
（1）天线水平方向图测量数据（-40dB作为归一化值）
天线水平方向转角
实验测量值dB
相对归一化功率dB
-90
-76.0
-36.0
-80
-73.5
-33.5
-70
-75.3
-35.3
-60
-74.5
-34.5
-50
-70.0
-30.0
-40
-63.5
-23.5
-30
-59.5
-19.5
-20
-52.5
-12.5
-10
-42.0
-2.0
0
-40
0
10
-43.5
-3.5
20
-53.6
-13.6
30
-60.0
-20.0
40
-62.6
-22.6
50
-70.2
-30.2
60
-73.0
-33.0
70
-75.0
-35.0
80
-75.5
-35.5
90
-74.5
-34.5
（2）天线垂直方向图测量数据（-40dB作为归一化0值）
天线垂直
方向转角
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
实验测量值
-53.6
dB
-47.7
dB
-43
dB
-41.1
dB
-40.0
dB
-41.5
dB
-43.4
dB
-49
dB
-51.6
dB
相对归一
化功率
-13.6
dB
-7.7
dB
-3
dB
-1.1
dB
0.0
dB
-1.5
dB
-3.4
dB
-9
dB
-11.6
dB
（3）背景噪声：
-37.5dB水平面上-3dB功率时波束宽度为-7.0°~12.0°
六、实验结果与分析
1、跟据测得的数据作出电磁波传播与距离的关系曲线。
P/dB
2、问题：
所作出的电磁波传播与距离的关系曲线接近1/R、1/R2,还是1/R3？
与理论预期值符合吗？
如下图所示：
Y值为实测值，列1为1/R2，列2为1/R，列3为1/R3，由图可见Y值与列1基本重合，故电磁波传播与距离的关系曲线接近1/R2。
3、根据数据作出发射喇叭天线极化曲线，横坐标为天线极化角度。
4、问题回答：
（1）从发射喇叭天线极化特性曲线看，接收喇叭天线所接收到的功率与发射喇叭天线计划角度的关系是符合cosθ还是cos²θ关系?
由上图中，Y值为实测值，列1为cosθ，列2为cos²θ，故接收到的功率与极化角度更符合cos2θ的关
系。
（2）如果发射喇叭天线和接收喇叭天线的极化角相差90°，而极化器相对于发射喇叭天线的极化角度为45°，极化器对系统的影响如何？
当发射喇叭天线和接受喇叭天线的极化角相差90°时，若没有极化器，则接收天线将收不到电磁波，但是当极化器相对于发射喇叭天线的极化角度为45°时，接收天线可收到微弱电磁波。
5、对发射天线计算远区场距离（工作频率为9.375GHz），实验中是否符合远区场条件？
符合远区场条件
6、分别计算收、发天线理论增益，半功率波束宽度（假定k约等于1）。
有什么结论？
答：
对于发射天线
对于接收天线
半功率波束宽度：
H面：
E面：
接收、发天线理论增益，半功率波束宽度均比实际测量值大。
7.用极坐标系分别绘制发射喇叭天线在水平面上、垂直面上的方向图。
水平方向上：
垂直方向上：
8、比较半功率波束宽度的计算值与实测值，并对你的实验结果加以评论。
水平面上-3dB功率时波束宽度为-7.0°~12.0°，比理论计算值要小。
这是由于本实验存在外部干扰以及实验器材不够准确。
9、揭示在+90°时辐射方向图测量值（提示：
跟背景噪声比较）
在+90°时理论上接收喇叭天线是接收不到电磁波的，但是实测值却存在，这是因为存在背景噪声的结果。
可知背景噪声实测值为-37.5dB，与在+90°时辐射方向图上的测量值近似。
10实验的收获和体会？
1、通过天线辐射特性测量可以知道天线辐射的一些特性，比如天线辐射电磁波与距离之间的关系，以及天线极化曲线与极化角之间的关系。
2、可见，天线辐射的电磁波主要集中在一个较小的范围内，即集中在波束宽度内，在+90°时的电磁波辐射很少。
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