电磁场与微波技术实验指导书v1XX.doc

电磁场与微波技术实验指导书v1XX 1电磁场与微波技术实验指导书付琴编写武汉理工大学信息工程学院通信工程教研室xx.3武汉理工大学信息工程学院通信工程教研室xx.32注意事项 一、实验前应完成各项预习任务。 二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。 三、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。 四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。 自主完成实验和报告。 五、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。 六、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源,并将仪器好。 协助保持实验室清洁卫生,带出自己所产生的赃物。 七、不迟到，不早退，不无故缺席，按时交实验报告。 八、实验报告中应包括 1、实验名称。 2、实验目的。 3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。 4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。 5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。 6、思考题。 一、概述电磁波综合实验仪，提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。 它能使学生通过应用本发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第电磁感应定律、电偶极子、天线基本结构及其特性等重要知识点，使学生直观形象地认识时谐电磁场，深刻理解电磁感应的原理和作用，深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理，掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法，帮助学生建立电磁波的形象化思维方式，加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及相关特性的认识，培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。 JMX-JY-002电磁波综合实验仪在001型基础上，添加了对天线不同极化角度的测量，学生通过测量，可绘制不同极化天线的方向图，使得学生对电磁波的感受更加深刻。 二、特点 1、理论与实践结合性强 2、直接面向电磁场与波的课程建设与改革需要，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验环节紧密结合。 3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难，形象地体验抽象的知识。 4、实验内容的设置，融综合性、设计性与验证性与一体，帮助学生建立一套电磁波的形象化思维方式，加深和加强对电磁波产生、发射、传输、接收过程及相关特性的认识。 5、培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。 三、系统配置及工作原理（ （1）系统配置 1、JMX-JY-002电磁波教学综合实验仪主机控制系统通过常规控制仪表与微波功率信号发生器、功率信号放大器构成电磁波教学综合实验仪主机控制系统，实现了对被控电磁场与波信号发射控制。 2、测试支架平台包括支撑臂、测试滑动导轨、测量尺、天线连接杆件、感应器连接杆件、反射板连接杆件、微安表等组件。 3、测试套件包括多极化天线（垂直极化、水平极化、左右螺旋极化）、射频连接电缆套件、感应器、感应器连接电缆、极化尺、标准测试天线板、反射板等构成测试套件。 （ （2）工作原理2实验仪主机控制系统的微波信号源产生微波信号，经由微波功率放大器放大后输出至OUTPUT端口，通过射频电缆将输出信号传送给发射天线向空间发射电磁波信号作为实验测试信号，通过信号接收单元上的感应器，可测量或直观观察到反映电磁波的波幅、波节以及极化等特征。 四、性能指标 1、工作频率范围800MHz1GHz 2、整机功耗50W 3、标尺精度1mm 4、长度量程1m 5、旋转测量精度1 6、极化测量量程180 7、电源电压AC220V10 8、工作环境温度范围040C 五、基本操作1.接通电源之前 五、基本操作1.接通电源之前?用50欧同轴电缆将信号源端口与发射天线连接，信号源输出端口不能开路，否则易导致信号源损坏。 ?选择四极化天线的四个输入端口之一连接同轴电缆，其余三个端口接50欧匹配负载，端口开路或者匹配器有故障将导致天线发出的极化波不正常。 ?接收天线采用灯泡指示时，应注意使安装接收天线的支架离开发射天线一定距离。 ?接收天线采用电流表指示时，也应注意使安装接收天线的支架离开发射天线一定距离。 32.打开电源?连接电源，打开电源（POWER）开关,电源开关指示灯亮。 ?按下TX按钮，开始发射信号，信号指示灯亮，表明发射正常。 若ALM红灯亮，应立即停止发射，检查发射天线是否连接好。 红色告警指示灯亮时，表明发射信号输出通道反射过强，仍然持续发射会造成仪器损坏。 ?支架平台设有两个可滑动的支架滑块，根据不同实验要求安装测试天线（感应器）或反射板。 ?按下TX按钮发射电磁波信号时，接收装置会产生效果，即灯泡会亮或电流表会偏转。 3.极化尺和刻度盘座?将被测天线或感应器用螺丝紧固在极化尺上，再将极化尺固定于支撑杆并整体套在刻度盘座中心圆柱上。 ?支撑杆可以在刻度盘座上360度范围进行水平旋转。 ?极化尺可以在支撑杆上90度范围内进行极化旋转。 ?刻度盘座可以在测试平台上水平滑动。 4.反射板?使用反射板时，将反射板附有的支撑杆插在移动滑块的圆柱洞上。 ?调整反射板至需要的反射角度，并轻轻旋紧圆柱洞的螺丝?用滑块带动反射板在测试平台上滑动。 六、注意事项 六、注意事项 1、按下TX按钮时，若ALM红色告警灯亮，应立即停止发射，检查高频头是否对应连接牢固，发射天线是否接好，或请老师检查。 否则会损坏机仪器。 2、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太小，否则会烧毁感应灯。 （置于15cm以外，或视感应灯亮度而定） 3、尽量减少按下TX按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 4、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。 4实验一电磁波感应器的设计与制作 一、预习要求 1、什么是法拉第电磁感应定律？ 2、什么是电偶极子？ 3、了解天线基本结构及其特性。 二、实验目的 1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。 2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。 3、理解电磁波辐射原理。 三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。 电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。 能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。 如果将金属导体置于电磁波中，就能在导体上感生高频电流，这个金属导体可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率密度越大，感应电动势越大。 如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。 接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁波感应器。 如图1所示。 5信号源微带天线图图1电磁感应实验框图装置电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。 电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。 图图2感应天线的形式本实验重点介绍其中的一种天线半波天线。 半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。 对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。 这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。 而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。 半波振子因其一臂长度为/4?，全长为半波长而得名。 其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/2?L?）的远区场强有以下关系式6()cos(cos)sinI IEfr r?60602式中，()f?为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为maxcos(cos)()()sin?2fFf?其中maxf是()f?的最大值。 由上式可画出半波振子的方向图如图3所示。 图3半波振子的方向图半波振子方向函数与?无关，故在H面上的方向图是以振子为中心的一个圆，即为全方向性的方向图。 在E面的方向图为8字形，最大辐射方向为/?2，且只要一臂长度不超过.?0625，辐射的最大值始终在/?2方向上；若继续增大L，辐射的最大方向将偏离/?2方向。 四、实验内容与步骤 1、打开功率信号发生器电源开关，Signal灯亮，机器工作正常，按下Tx按钮，观察功率指示表有一定偏转，此时Standby灯亮，说明发射正常。 2、用铜丝制作天线体（注意准备的铜丝为0.85mm漆包线，外表有绝缘层，与螺丝固定处的端口需要除掉绝缘层），用螺丝固定于感应灯板（或电流表检波板）两端，并安放到测试支架上，调节感应板的角度，使接收天线的最大极化方向对准发射天线。 a.估计测试频率，对称振子天线的长度/2?L?，则天线的谐振频率/?2f L?。 注意仪器的发射频率范围为800MHz1000MHz，故对称振子天线的长度范围最好在15.5cm17.5cm之间。 （对称振子天线的缩短因子大概0.95）b.测试谐振频率调节测试支架滑块到50cm左右处，调整发射频率（800MHz1000MHz，7步长20MHz），记录感应灯最亮时对应的频率。 （注意调整一次发射频率，按一次Tx键或者单击一次触摸屏上的开始键，即发射一次信号） 3、选用其它天线形式制作感应器，重复步骤2，记录数据。 次数天线形式天线长度/直径谐振频率备注1标准天线2对称振子天线3环形天线4螺旋天线 五、注意事项 1、按下Tx按钮时，若Alarm红色告警灯亮，应立即停止发射，检查电缆线与发射天线接口是否旋紧，其余接口是否用封闭帽盖上，Output接口与电缆是否接好，或请老师检查。 否则会损坏机器。 2、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太小，否则会烧毁感应灯。 （置于20cm以外，或视感应灯亮度而定）。 3、尽量减少按下Tx按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 4.测试时，各小组离开12m距离，并采用交错布局，尽量避免人员走动，测试人员读数时处于相对不同的位置，被测天线前不要有阻挡物，以免影响测量精度。 六、报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告。 2、制作感应天线，观察接收效果。 画出天线形状，记录接收距离。 3、对实验中的现象分析讨论。 4、提出改进意见及建议。 8实验二电磁波传播特性实验 一、预习要求 1、什么是迈克尔逊干涉原理？它在实验中有哪些应用？ 2、驻波的产生原理及其特性。 二、实验目的 1、学习了解电磁波的空间传播特性。 2、通过对电磁波波长、波幅、波节、驻波的测量，进一步认识和了解电磁波。 三、实验原理变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波。 几列不同频率的电磁波在同一媒质中传播时，几列波可以保持各自的特点（波长、波幅、频率、传播方向等），在同时通过媒质时，在几列波相遇或叠加的区域内，任一点的振动为各个波单独在该点产生振动的合成。 而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时，在空间总会有一些点振动始终加强，而另一些点振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。 干涉是电磁波的一个重要特性，利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。 而驻波是干涉的特例。 在同一媒质中两列振幅相同的相干波，在同一直线上反向传播时就叠加形成驻波。 由发射天线发射出的电磁波，在空间传播过程中可以近似看成均匀平面波。 此平面波垂直入射到金属板，被金属板反射回来，到达电磁波感应器；直射波也可直接到达电磁波感应器，这两列波将形成驻波，两列电磁波的波程差满足一定关系时，在感应器位置可以产生波腹或波节。 设到达电磁感应器的两列平面波的振幅相同，只是因波程不同而有一定的相位差，电场可表示为cos()x mEE tkz?cos()?y mEE tkz?其中z?是因波程差而造成的相位差。 则当相位差(,)?z nn?1012时，合成波的振幅最小，z1的位置为合成波的波节；相位差()/(,)?z nn?221xx时，合成波的振幅最大，z2的位置为合成波的波腹。 9实际上到达电磁感应器的两列波的振幅不可能完全相同，故合成波波腹振幅值不是二倍单列波的振幅值，合成波的波节值也不是恰好为零。 根据以上分析，若固定感应器，只移动金属板，即只改变第二列波的波程，让驻波得以形成，当合成波振幅最小（波节）时/?z nn?12当合成波振幅最大（波腹）时(/)/()/?z nn?212214此时合成波振幅最大到合成波振幅最小（波腹到波节）的最短波程差为/4?，若此时可动金属板移动的距离为L?，则/?L?4即L?4可见，测得了可动金属板移动的距离L?，代入式中便确定电磁波波长。 四、实验内容及步骤实验装置如图4所示。 图4电磁波教学综合实验仪 1、将实验室提供的标准天线安装在可旋转支臂上，调节其角度与发射天线的极化方向一致，再将支臂滑块移到距离发射天线分别为20cm、25cm刻度处，反射板起始位置5055cm处。 2、开启电磁波教学综合实验仪开关（Power），按Tx按钮，此时发射天线板已有电磁波发射出来。 103、移动反射板，通过显示屏观察接收天线收到的信号强度值。 如果有，则信号发射接收正常；如果没有则检查天线端口连接是否正确，射频信号输入端口连接是否完好等。 4、如系统正常工作，从近至远移动反射板，使接收信号强度出现大小变化，信号强度达到峰值则出现波腹点，反之则出现波节点。 5、先将天线固定于位置1，由近至远移动反射板，建议移动步长1cm，每移动一次反射板，按下Tx按钮或者触摸屏上的开始键发射一次信号，记录一次接收信号强度值。 取相邻的接收信号强度最大时反射板位置（波腹点）和接收信号强度最小值时反射板位置，其距离即为/4?。 再将天线固定于位置2，重复上述过程将测量数记入表中。 表1接收信号强度（天线位置20cm）反射板位置(cm)接收信号强度(dBm)反射板位置(cm)接收信号强度(dBm)表2接收信号强度（天线位置25cm）反射板位置(cm)接收信号强度(dBm)反射板位置(cm)接收信号强度(dBm)表3平均波长和频率次数天线位置（cm）波腹点（cm）波节点（cm）波长（cm）平均波长（cm）频率（Hz）12 五、注意事项 1、按下Tx按钮时，若Alarm红色告警灯亮，应立即停止发射，检查电缆线与发射天线接口是否旋紧，其余接口是否用封闭帽盖上，Output接口与电缆是否接好，或请老师检查。 否则会损坏仪器。 2、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太小，否则会烧毁感应灯。 3、尽量减少按下Tx按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 114.测试时，各小组离开12m距离，并采用交错布局，尽量避免人员走动，测试人员读数时处于相对不同的位置，被测天线前不要有阻挡物，以免影响测量精度。 六、报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告。 2、用标准的接收天线，用功率值测量电磁波的波长，并计算出电磁波的频率。 3、对实验中的现象分析讨论，并对实验误差产生的原因进行分析。 4、提出改进意见及建议。 12实验三电磁波的极化实验 一、预习要求 1、什么是电磁波的极化？它具有什么特点？ 2、了解各种常用天线的极化特性。 3、天线特性与发射（接收）电磁波极化特性之间的有什么关系？ 二、实验目的 1、研究几种极化波的产生及其特点。 2、制作电磁波感应器，进行极化特性实验，与理论结果进行对比、讨论。 3、通过实验，加深对电磁波极化特性的理解和认识。 三、实验原理电磁波的极化是电磁理论中的一个重要概念，它表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量E的端点在空间描绘出的轨迹来表示。 由其轨迹方式可得电磁波的极化方式有三种线极化、圆极化、椭圆极化。 极化波都可看成由两个同频率的直线极化波在空间合成，如图5所示。 设两线极化波沿正Z方向传播，一个的极化取向在X方向，另一个的极化取向在Y方向。 若X在水平方向，Y在垂直方向，这两个波就分别为水平极化波和垂直极化波。 图5电磁波的极化方式若水平极化波sin()x xmEE tkz?垂直极化波sin()y ymEE tkz?13其中xmE、ymE分别是水平极化波和垂直极化波的振幅，?是yE超前xE的相角（水平极化波取为参考相面）。 取z?0的平面分析，有sin()x xmEE t?sin()y ymEE t?综合得x xy yaEbE EcE?221式中a、b、c为水平极化波和垂直极化波的振幅xmE、ymE和相角?有关的常数。 此式是个一般化椭圆方程，它表明由xE、yE合成的电场矢量终端画出的轨迹是一个椭圆。 在满足不同条件时，形成三种极化波。 1、当两个线极化波同相或反相时，其合成波是一个线极化波。 2、当两个线极化波振幅相等，相位相差/?2时，其合成波是一个圆极化波。 3、当两个线极化波振幅不等或相位差不为/?2时，其合成波是一个椭圆极化波。 实验一所设计的半波振子天线接收（发射）的波为线极化波；而最常用的接收（发射）圆极化波或椭圆极化波的天线为螺旋天线。 实际上一般螺旋天线在轴线方向不一定产生圆极化波，而是椭圆极化波。 当单位长度的螺圈数N很大时，发射（接收）的波可看作是圆极化波。 极化波需要重视的是极化的旋转方向问题。 一般规定面对电磁波传播的方向（无论是发射或接收），电场沿顺时针方向旋转的波称为右旋圆极化波，反时针方向旋转的波称为左旋圆极化波。 右旋螺旋天线发射或接收右旋圆极化波效果较好，左旋螺旋天线发射或接收左旋圆极化波效果较好。 螺旋天线绕向的判断方法沿着天线辐射方向，当天线的绕向符合右手螺旋定则时，为右旋圆极化，反之为左旋圆极化。 四、实验内容实验装置如图6所示。 14图6电磁波极化实验装置 1、将一付发射天线架设在发射支架上，连接好发射电缆，开启电磁波教学综合实验仪开关（Power），电缆线一端接输出端口（Output），另一端分别接发射天线的垂直、水平和圆极化端口。 2、将电磁波感应器安装在测试支架上，滑动到20cm处，分别设置成垂直、水平、斜45度三种位置，按下Tx发射按钮，并移动感应器滑块，观察灯泡由亮到不亮时距发射天线的距离，并记录数据。 3、分析实验数据，判断发射天线发出的电磁波的极化形式。 极化形式接收距离（cm）接口标号水平垂直45度垂直极化水平极化圆极化（左旋）圆极化（右旋） 五、注意事项 1、按下Tx按钮时，若Alarm红色告警灯亮，应立即停止发射，检查电缆线与发射天线接口是否旋紧，其余接口是否用封闭帽盖上，Output接口与电缆是否接好，或请老师检查。 否则会损坏机器。 2、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太小，否则会烧毁感应灯。 （置于20cm以外，或视感应灯亮度而定。 ） 3、避免与相邻小组同时按下Tx按钮，尽量减少按下Tx按钮的时间，以免相互影响测试准确性。 4.测试时，各小组离开12m距离，并采用交错布局，尽量避免人员走动，测试人员读数时处于相对不同的位置，被测天线前不要有阻挡物，以免影响测量精度。 六、报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告。 152、用自制的接收天线，对应不同的天线极化波接口，调整感应器的角度，用电流表或灯泡记录感应器的最大接收距离，分析电磁波的极化形式。 3、讨论电磁波不同极化收发的规律。 4、提出实验改进意见和建议。 16实验四天线方向图测量实验 一、预习要求 1、什么是天线的方向性？ 2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？ 二、实验目的 1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义； 2、了解天线方向图形成和控制的方法； 3、掌握描述方向图的主要参数。 三、实验原理天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。 完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。 它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。 测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。 若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。 空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方向图就行了。 图7立体方向图天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。 极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。 但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。 因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1?的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。 一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强17max)(?表示。 这里，)(?是任一方向的场强值，max?是最大辐射方向的场强值。 因此，归一化最大值是1。 对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。 图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。 图8方向图表示法（a）极坐标（b）直角坐标本实验测量一种天线的方向图，测试系统框图如图9所示。 其中，辅助天线作发射，由功率信号发生器激励产生电磁波；被测天线作接收，被测天线置于可以水平旋转的实验支架上，接收到的高频信号经检波后送给电流指示器显示。 图9方向图测试系统 四、实验内容与步骤 1、打开功率信号发生器电源开关，Signal灯亮，机器工作正常，按下TX按钮，观察功率指示表有一定偏转，说明发射正常。 2、将检波天线架设于极化支架上，连接好天线到RF in输入端口，按下TX按钮，显示屏上显示一定的功率值，说明接收部分工作正常。 183、设定被测天线的架设距离，使天线旋转360?的电流读数在量程范围内。 4、固定被测天线位置，连续旋转天线支架，按一定角度步进，读出每个步进角度对应的功率值。 5、将测量数据在直角坐标系中画出天线的方向图。 并在图上读出方向图的主瓣宽度和副瓣电平。 五、注意事项 1、按下TX按钮时，若Alarm红色告警灯亮，应立即停止发射，检查波段插口与波段开关是否对应，发射天线是否接好，或请老师检查。 否则会损坏机仪器。 2、尽量减少按下TX按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 3、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。 4.测试时，各小组离开12m距离，并采用交错布局，尽量避免人员走动，测试人员读数时处于相对不同的位置，被测天线前不要有阻挡物，以免影响测量精度。 六、报告要求 1、画出实验测试原理框图 2、数据记录与处理 （1）分别在E面和H面旋转被测天线，将数据记录入下表E面角度01020304050607080901001101xx0140150160170功率角度180190xx10220230240250260270280290300310320330340350功率H面角度01020304050607080901001101xx0140150160170功率角度180190xx10220230240250260270280290300310320330340350功率19 （2）根据上面的数据，在下表中画出H面和E面的直角坐标方向图0?180?360? （3）根据上面的数据，读出方向图的主瓣宽度E面，H面。 3、对实验中的现象分析讨论20实验五八木天线设计与方向图测量实验 一、预习要求 1、八木天线的组成原理和特点是什么？ 2、如何调节八木天线的增益和主瓣宽度等参数？ 二、实验目的 1、熟悉八木天线的组成和结构； 2、掌握八木天线的原理与测量方法； 3、掌握八木天线的设计与调整方法。 三、实验原理八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属木方）固定，如图10所示。 图10八木天线结构图有源振子可以是半波对称振子或者折合振子。 无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和引向器（Director）两种。 通常反射器的长度比有源振子长45%，而引向器可21以有多个，第14个引向器的长度通常比有源振子顺序递减25%。 由反射器至最前的一个引向器的距离叫做这个八木天线长度。 通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。 反射器和引向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电流，其幅度和相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。 因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。 当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。 适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。 同样，适当地安排引向器的长度和它到有源振子的距离，可以使引向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。 这样由有源振子辐射的电波，在加入反射器和引向器后，将沿着引向的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的辐射了。 八木天线的设计主要是根据增益要求选定天线单元数后，确定各单元的长度及单元之间的距离等参数。 1.有源振子的结构和尺寸有源振子可选单根半波振子或折合振子，一般长度取0.475波长。 振子越粗，长度应短一些。 2.反射器长度的选择反射器长度一般选在0.5-0.55波长之间。 其长度不能短于设计最低频率相应的1/2波长。 3.反射器与有源振子的间距选择反射器于有源振子之间的距离一般去0.15-0.23波长。 此间距主要影响八木天线的前后场强比和输入阻抗。 当间距在0.15-0.17波长时，前后比较高，但天线的输入阻抗小（约15-20欧）；当间距为0.2-0.23波长时，前后比较低，但天线输入阻抗大（约50-60欧），易与同轴电缆匹配。 4.引向器长度的选择引向器长度的选择有两种方案。 一种是各引向器等长度，约取0.38-0.44波长。 这种方案优点是加工和调整较为容易，但频带较窄。 另一种是，各引向器长度随序号增加有长到短渐变。 先取第一根引向器长度为0.46波长，以后的引向器长度则按2-3的缩短系数递减。 这种方案的优点在于频带稍宽，但调试、加工麻烦。 实用中都采用第一种方案。 5.引向器的间距选择引向器间距的选择有两种方案一种是引向器间距不相等，随着引向器数量序号的增加，相邻引向器的间距加大；另一种是引向器间距相等。 前一种方案调整麻烦，后一种方案调整简便，因此一般都采用等间距方案。 引向器间距一般在0.15-0.4波长范围内选择。 22间距较大时，方向图主瓣较窄，输入阻抗的频率响应较平稳，但副瓣较大；间距选得小时，副瓣较低，抗干扰性能较好，但是增益和方向性差些。 若考虑前者，间距可取0.3波长；若考虑后者，间距可取小于0.2波长。 不管什么情况下，第一根引向器振子与有源振子之间的距离应取得更小一些，一般取（0.6-0.7）其他引向器间距。 6.无源振子半径的确定无源振子的半径是根据八木天线通频带要求来确定的。 通常振子半径选在1/（500-80）波长。 7.增益和主瓣宽度估算增益10*(天线长度)/波长，主瓣宽度55*平方根(天线波长/长度)由于八木天线的可变量比较多，调整起来比较困难。 根据不同需要，需调整八木天线的单元长度或单元间距，使其正前方增益或场强前后比最大，或者副瓣电平最小，输入阻抗合适。 为了获得很高的增益，引向天线的结构可以做得很复杂，单元数最多可达到数十个。 本实验中只以较为典型的二元八木天线和三元八木天线为例进行设计。 二元八木天线结构简单，易于开展教学实验，三元八木天线则是全面包括了反射器、引向器，可全面深入了解八木天线各组成部分的作用。 实验中使用一个带有刻度的塑料尺连接件，如图11所示。 塑料尺附有几个长方形的塑料滑块，滑块上用塑料螺丝安装固定天线振子。 线天线振子可以选用细金属棒或金属导线。 安装在塑料尺上的振子间距可以自由调节。 图11三元八木天线振子安装示意图反射器有源振子引向器支撑杆23 四、实验内容与步骤 1、二元引向天线设计步骤根据仪器发射频率范围（800MHz900MHz），选择接收天线的中心频率。 以900MHz为例，对应的半波长为16.5cm，用0