通信天线与馈电实验报告

1、通信天线与馈电实验报告2015年12月01日实验一 同轴线插损和回损测试一、实验目的（1）掌握采用矢网测试同轴线性能的方法。（2）认识互易有耗网络的端口特性。二、实验步骤（1）设置频率范围为1800MHz-2200MHz，步长为5MHz；（2）设置测试项目为回损；（3）将电桥入口与矢网射频输出口通过电缆相连，电桥出口与矢网输入A口通过电缆相连，电桥测试口与开路器相连，校准开路；电桥测试口与短路器相连，校准短路；（4）将待测同轴线1口与电桥测试口相连，待测同轴线2口与匹配负载相连，记录S11数据；将1口和2口对调，记录S22数据（5）矢网复位，测试项目设置为插损；（6）将矢网射频输出口与矢网输入

2、A口通过电缆相连，校直通；（7）接入待测同轴线。将待测同轴线2口与矢网射频输出口相连，记录S12数据。将待测同轴线端口对调，将待测同轴线1口与矢网射频输出口相连，记录S21数据。三、数据处理（1）列表并绘制S21和S12曲线，并分析同轴线的端口特性；（2）列表并绘制S112+S212和S222+S122曲线，分析同轴线的损耗特性。四、实验结果（1）实验原始数据记录f/MHzS11(RL)/dBS22(RL)/dBS12(IL)/dBS21(IL)/dB180038.2039.60-0.65-0.68185034.9032.690.450.41190035.5930.48-0.53-0.7519

3、5032.5729.80-0.56-0.56200029.0629.22-0.02-0.15205027.7827.92-0.56-0.57210027.7329.82-0.58-0.69215028.5742.92-0.48-0.521、 回波损耗（RL）推导反射系数（S11）的公式RL=10log101S112,S11=1100.1RL同理可知S222、 插入损耗与S11及S21的关系IL=10log10S2121-S112，,S21=100.1IL(1-S112) 同理可知插入损耗与S22及S12的关系计算结果如下：f/MHzS11S22S12S2118000.0123030.01047

4、10.9278470.92462818500.0179890.0232011.052891.04816519000.0166150.0299230.9403850.91714919500.0235230.0323590.9370710.93730320000.0352370.0345940.9971030.98226820500.0408320.0401790.9368050.93570221000.0410680.0322850.9349180.92285521500.0372820.0071450.9462130.941235所以S112+S212和S222+S122的计算结果为f/MHz

5、S112+S212S222+S12218000.8550890.86100918501.0989741.10911619000.8414390.88521819500.8790890.87914920000.9660930.99541120500.8772060.87921821000.8533480.87511421500.8873130.89537曲线以及分析如下：由图可见，在不同频率时，同轴线的S21与S12参数基本相等，误差较小，趋势相同，可以说明同轴线是互易网络。因为对于无耗二端口网络，S212+S112=S122+S222=1，由图可知，同轴线的损耗特性在1930和2100 MHz

6、附近损耗最大，但是总体上来说同轴线的损耗很小，在一定频段可以看做是无耗原件。实验二 功分器的端口特性测试一、实验目的（1）熟悉采用矢网测量功分器性能的方法；（2）认识三端口网络的端口特性。二、实验步骤（1）设置频率范围为1800MHz-2200MHz，步长为5MHz；（2）设置测试项目为回损；（3）将电桥入口与矢网射频输出口通过电缆相连，电桥出口与矢网输入A口通过电缆相连，电桥测试口与开路器相连，校准开路；电桥测试口与短路器相连，校准短路；（4）将电桥测试口与功分器1口（合口）相连，功分器2口和3口接匹配负载，记录S11数据；将电桥测试口与功分器2口相连，功分器1口和3口接匹配负载，记录S22

7、数据；（5）矢网复位，测试项目设置为插损；（6）矢网射频输出口与矢网输入A口通过电缆相连，校直通；（7）矢网的射频输出口与功分器1口相连，矢网的输入口A与功分器2口相连，功分器3口接匹配负载，记录S21数据；矢网的输入口A与功分器3口相连，功分器2口接匹配负载，记录S31数据；矢网的射频输出口与功分器2口相连，矢网的输入口A与功分器1口相连，功分器3口接匹配负载，记录S12数据。三、数据处理（1）列表并绘制S31、S31和S12曲线，分析功分器的端口特性。（2）列表并绘制S112+S212+S312曲线，分析功分器的损耗特性。四、实验结果实验原始数据记录：f/MHzS11(RL)/dBS22(

8、RL)/dBS12(IL)/dBS21(IL)/dBS31(IL)/dB180013.0210.70-3.92-2.31-2.31185013.3010.26-1.53-3.32-3.23190013.239.69-4.37-3.53-3.42195013.569.30-2.23-3.05-2.91200013.369.05-4.58-4.20-4.17205012.968.94-2.59-3.22-3.26210012.748.94-4.54-4.21-4.42215012.678.99-3.35-3.32-3.60经过数据计算可得：f/MHzS11S22S12S21S3118000.223

9、3570.2917430.6090930.7471150.74711518500.2162720.3069020.7980290.666190.67312919000.2180220.3277180.5712530.6500170.65830219500.2098940.3427680.7267080.6882030.69938520000.2147830.3527770.5522560.6022050.60428820500.2249050.3572730.6931810.6725560.66946621000.2306750.3572730.5537920.5992760.58496121

10、500.2325410.3552220.6356390.6636330.642582f/MHzS112S212S312S112+S212+S31218000.0498880.558180.558181.16624918500.0467740.4438090.4531020.94368519000.0475340.4225220.4333610.90341719500.0440550.4736230.4891391.00681820000.0461320.3626510.3651640.77394720500.0505820.4523320.4481850.95109921000.0532110

11、.3591310.3421790.75452121500.0540750.4404090.4129110.907396曲线及分析如下：由上图分析可知，该三端口网络不具有互易性，1口接波源时，2，3端口功率平均分配。由以上数据可知，该三端口网络是有耗网络，在频率2000MHz以下的低频段损耗较大，在2000MHz以上的频段分布较为规律，但损耗仍然较大（S112+S212+S312平均在0.85），存在误差。实验三 天线回损测试一、实验目的（1）熟悉采用矢网测试天线输入性能的方法；（2）认识带有馈电网络的天线输入特性。二、实验步骤（1）设置频率范围为1800MHz-2200MHz，步长为5MHz；

12、（2）设置测试项目为回损；（3）将电桥入口与矢网射频输出口通过电缆相连，电桥出口与矢网输入A口通过电缆相连，电桥测试口与开路器相连，校准开路；电桥测试口与短路器相连，校准短路；（4）将待测天线与电桥测试口相连，记录反射系数（记为1）；（5）在电桥测试口与待测天线之间用同轴线相连，记录反射系数（记为in）。 三、数据处理（1）利用同轴线S参数（实验一）和天线反射系数1，计算天线接同轴线后的反射系数in'，将计算得到的反射系数in'和测得的反射系数in进行比较，并分析产生差异的原因。（2）功分器3口接匹配负载，功分器2口接天线，利用功分器S参数（实验二），计算在功分器1口的反射系数

13、。四、实验结果原始数据如下f/MHzRL(1)/dBRL(in)/dB18000.313.2418500.672.1919001.322.4119506.726.12200015.7713.6720502.725.8521000.972.0921500.572.92已知同轴线S矩阵与天线反射系数1，求理论的反射系数in'：一般的S矩阵数学形式以及实际模型如下图：S11S12S21S22由于S矩阵反映的是各端口入射电压和出射电压的关系，因此由上面的S矩阵以及输入输出可列方程：b1b2=S11S12S21S22a1a2即b1=S11a1+S12a2 (1)b2=S21a1+S22a2 (2

14、)因为2端加入了天线负载，其反射系数1为a2与b2的比值。所以可列以下方程：a2=1b2 (3)将（3）代入（1）（2）可得：b1=S11a1+S121b2 (4)b2=S21a1+S221b2 (5)解（5）可得b2=S211-S221a1 (6)将（6）代入（4）可得：b1=S11a1+S121S211-S221a1 因为根据in'的定义：in'=b1a1 所以in'=S11+S121S211-S221经过数据处理后，可得：f/MHz1in'计算值in18000.9649390.8485870.68865218500.9257631.0620890.7771

15、4119000.8590140.7770380.75770519500.4613180.4348480.49431120000.1627420.1955330.20725320500.7311390.7011240.50991821000.8943350.8356370.7861421500.9364830.876940.714496由上图分析可知，曲线整体趋势符合。除了在中间频段2000MHz左右计算求得的in'比实验测得值偏小以外，其他各点数值都相对偏大，造成这种实验误差的可能性是因为实验中的同轴线有一定损耗，因此理论计算值较实测值更大。根据功分器的参数计算功分器1口的反射系数（用

16、in'表示）：根据上面的计算，可列类似的方程组：b1=S11a1+S12a2+S13a3 (1)b2=S21a1+S22a2+S23a3 (2)b3=S31a1+S32a2+S33a3 (3)由于3端接的是匹配负载，因此a3=0，由此可得：b1=S11a1+S12a2 (4)b2=S21a1+S22a2 (5)b3=S31a1+S32a2 (6)由于已知a2=1b2，而所求的in'满足b1=in'a1，所以根据计算可得：in'=S11+S121S211-S221 利用此计算公式可得：f/MHzS11S22S12S211in'18000.2233570.2917430.6090930.7471150.9649390.83451418500.2162720.3069020.7980290.666190.9257630.90377619000.2180220.3277180.5712530.6500170.8590140.661973