天线实验报告

1、实验用一个半波振荡器天线的制作与测试一、实验目的1.掌握50欧姆同轴电缆和形状记忆合金连接器的连接方法。2.掌握半波偶极子天线的制作方法。3.掌握使用“天馈测试仪”测试天线VSWR和回波损耗的方法。4.掌握用“天馈测试仪”测试电缆损耗的方法。二、实验原理(1)测试天线的阻抗带宽为了测试天线的反射系数(S11)，需要使用等式(1-1):(1-1)根据公式(1-1)，只要测试的| |值低于某个值，就可以解释为天线的阻抗ZA接近所需的阻抗Z0(匹配)。在天线工程中，Z0通常被指定为75或50，并且在这个实验中Z0=50。电压驻波比(VSWR)和回波损耗(RL)是天线工程中常用来描述天线阻抗特性的参数

2、。它们与| |的关系可以用方程(1-2)和(1-3)来描述：(1-2)分贝(1-3)对于具有不同要求的天线，阻抗匹配的要求也不同。要求列于表1-1。表1-1工程中对天线的不同要求(供参考)天线带宽驻波系数的要求对反射系数| |的要求反射损失要求窄带(相对带宽小于5%)1.2或1.5| | 0.09或0.221dB或14dB宽带(相对带宽小于20%)1.5或2| | 0.2或0.3314dB或10dB超宽带2或2.5或更高| | 0.33或0.4310dB(2)同轴电缆的特性阻抗在这个实验中，使用50欧姆的同轴电缆，其外皮和内芯由金属制成，并填充有聚四氟乙烯介质(相对介电常数)。特性阻抗计算如下

3、：(1-4)公式中，a内芯直径；B外壳内径。三。实验仪器(1)Anritsu S331D进料器测试仪图1-1 Anritsu S331D进料器测试仪表1-2安立素S331D给料机测试仪主要性能指标参数名称参数值频率范围25兆赫-4000兆赫频率分解100千赫输出功率0dBm退货损失范围0.00-54.00分贝(分辨率：0.01分贝)驻波比范围0.00-65.00(分辨率：0.01)(2)50欧姆同轴电缆、形状记忆合金连接器、热塑管、直径为2.5毫米和0.5毫米的铜线、泡沫(用于支撑和固定天线)、酒精棉等。(3)工具，主要包括：切纸机、尖嘴钳、斜口钳、砂纸、折刀、直尺、电熨斗等。四.实验步骤1.

4、半波振荡器天线的制作制作天线时，主要是安全的。使用电烙铁和切纸刀时要多加注意。(1)切断长度为10厘米的50欧姆同轴电缆。(2)使用切纸刀将电缆两端的蓝色电缆护套剥开3厘米。(3)用电缆连接形状记忆合金同轴连接器。具体操作步骤如下：l使用切纸机将电缆一端的护套和聚四氟乙烯介质切割1cm，并保留电缆的内芯。注意：在切割外皮和介质时，尽量不要切割内核。在切掉皮肤和介质后，可以用尖嘴钳夹住要去除的部分，左右摇动并拔出。l用斜口钳切断电缆内芯的一部分，留下约3毫米至4毫米的长度l用砂纸打磨电缆的内芯和金属护套，并用酒精棉擦拭干净。将电缆内芯插入针中，并将其焊接牢固。连接形状记忆合金连接器的J形头(内螺

5、纹)和K形头(外螺纹)(目的是防止连接器内的聚四氟乙烯因焊接过程中过热而膨胀变形，聚四氟乙烯高于金属部分)。将针和电缆插入形状记忆合金连接器的另一端，用力推紧，然后用电烙铁将形状记忆合金连接器与电缆护套焊接在一起。注：焊料应充分熔化，直到流入形状记忆合金连接器和电缆之间的间隙(即，如果在形状记忆合金连接器的孔中发现焊料，如果难以熔化，是因为铜散热过快，可以使用两个电烙铁同时加热)。l切割适当长度的热塑管，覆盖同轴电缆并覆盖暴露在外壳中的同轴电缆，用电熨斗或热风枪加热热塑管使其收缩。(4)制作半波振荡器天线计算谐振频率f=2.4千兆赫的半波振荡器各臂的长度l/2，并用斜钳在两端截住铜线，长度为l

6、/2。注：第1组使用直径为0.5毫米的铜线，第2组使用直径为2.5毫米的铜线l .从准备好的同轴电缆的一侧(形状记忆合金连接器在另一侧)移除2厘米的蓝色护套，移除1厘米的金属护套，最后移除8毫米的聚四氟乙烯介质。l截取长度为10厘米、宽度为4厘米的泡沫，用锥子在其中心钻一个孔，并在其表面开一个槽(长度略长于半波振动器，宽度和深度约为半波振动器的直径)。l .从泡沫的中心孔插入制造好的同轴电缆，截取一小块细铜线，将同轴电缆的金属护套缠绕2-3圈，留出约0.5cm-1cm的长度用于与半波振动器的一个臂焊接。同时，同轴电缆的内芯与半波振子的另一臂焊接在一起。l将制作好的半波振动器固定在泡沫上(预制槽

7、内)，并用透明胶带固定。完成了半波振荡器的制作。2.天线阻抗带宽测试(1)启动和校准点击开/关按钮，启动Anritsu S331D进料器测试仪。点击数字1打开背光。点击模式，使用上下键选择退货损失。点击FREQ，然后F1，输入1800，然后输入。单击F2，输入2600，然后单击输入。点击开始校准，屏幕出现“将开路装置连接到信号输出端口”，从屏幕右侧的袋子中取出校准装置，将开路端连接到天线馈线测试仪的电缆上(注意，先拧下电缆上的n匝形状记忆合金连接器)，然后点击进入。当屏幕上出现“将短路连接到信号输出端口”时，将短路端连接到天线馈线测试仪的电缆上，并在连接后单击回车键。当屏幕上出现“将负载连接到

8、信号输出端口”时，将校准器的负载端(除开路和短路外的第三个端口)连接到天线馈线测试仪的电缆上，并在连接后单击回车键。此时校准完成。l拧下校准件，将其更换，将n匝形状记忆合金连接器与天线馈线测试仪电缆连接，并准备测试。(2)天线回波损耗和VSWR测试将装配好的天线连接到天线馈线测试仪电缆的形状记忆合金端口。观察天线回波损耗随频率的变化。此时，横轴共有10个单元，包括1800兆赫至2600兆赫的频率范围，每个单元80兆赫。单击标记，单击M1，单击编辑，输入频率(例如2000)，然后按回车键。再加3个MARK，找到回波损耗小于10dB的频点。点击模式，使用上下键选择VSWR，然后点击回车。观察VSW

9、R2的频带范围。l保存天线回波损耗和VSWR测试结果并写实验报告。3.实验数据和报告1.观察制作的半波偶极子天线，测量天线的总长度和直径，并填写表1-1。2.观察待测天线的回波损耗，将回波损耗小于10dB的低频点、高频点和中心频点填入表一-1，计算中心波长，填入表一-1。3.观察待测天线的VSWR，用表1-1中小于2的VSWR值填充低频点和高频点。4.计算半波偶极子天线的长径比和长波长比，并填写表1-1。5.写下天线的工作频率范围、绝对带宽、相对带宽和特定带宽，并填写表1-2。请回答：哪个带宽是带宽_ _ _ _ _阻抗带宽_ _ _ _ _(阻抗带宽、模式带宽、增益带宽、极化带宽)。表1-1

10、天线参数组半波振荡器长度lfL(RL10dB)fH(RL10dB)f0=(fL fH)/20=c/f0第1组6.3厘米2050.60兆赫2300.00兆赫2175.30兆赫13.8厘米第二组5.4厘米2050.60兆赫2458.90兆赫2254.75兆赫13.3厘米组半波振荡器的直径dfL (VSWR2)fH (VSWR2)信用证l/0第1组0.5毫米2224.60兆赫2461.60兆赫1260.46第二组2.5毫米1900.00兆赫2500.00兆赫2160.41表一-2天线带宽的计算天线工作频率范围绝对带宽相对带宽特定带宽2050.60兆赫 2458.90兆赫408.3兆赫0.1811.1

11、99五、思考问题1、根据天线测试结果，解释“末端效应”。答：由于辐射是在天线上的每一点产生的，即电流波在天线上传输时辐射，因此电流衰减，电流传播的相速度降低，波长缩短，相位常数大于自由空间相位常数。此外，对称振荡器具有一定的直径，馈电端和末端的分布电容增加。终端电流实际上不是零。振荡器越厚，最终效果越显著。实验2超宽带天线测试(演示实验)一、实验目的1.了解超宽带天线的概念和特点2.了解现代天线测试系统的组成3、了解现代天线测试设备及其使用方法4.了解超宽带天线主要参数的测试方法二、实验原理超宽带天线是一种阻抗带宽非常宽的天线，其比带宽一般可以达到2: 1以上，现代超宽带天线的阻抗带宽可以达到

12、30: 1以上，可以覆盖多个波段，可以实现传统多天线的功能。因此，它引起了研究者的广泛关注。超宽带天线不仅需要具有极宽的阻抗带宽，即其阻抗应保持在极宽的频带范围内，还需要具有极宽的模式带宽、增益带宽和极化带宽。现代超宽带天线还需要一个稳定的相位中心，即它们可以无失真地辐射时域脉冲信号。根据超宽带天线的上述要求，可以结合所学的天线原理进行以下天线测试：(1)测试天线的阻抗带宽见实验1，2 (1)。(2)主极化模式测试模式测试需要测试天线阻抗带宽中每个频率点的远场模式。通常，应该测试至少三个频率点，即下限频率点f1、上限频率点f2和中心频率点f0。对于较宽的频段，一些频点的方向图应根据具体情况进行

13、测试，以便充分了解天线的参数。在工程中，一般不需要远场的三维图形，只需要测试两个主平面的图形曲线。对于线性极化天线，两个主平面是E平面和H平面。因此，在测试天线之前，有必要判断天线的极化模式。在满足天线测试的极化匹配和阻抗匹配的条件下，测试的方向图是单个频点的功率方向图，其原理基于公式(2-1):(2-1)在不同的角度，接收天线接收的功率与其自身的功率方向性函数P()相关。因此，将待测试的天线作为接收天线放置在能够接收沿单个方向传播的均匀平面波并绕其自身轴线旋转一次的区域中，从而能够以不同的角度接收不同的功率量，并且能够相应地绘制天线的功率图。上述测试方法涉及以下条件：(1)天线可以接收单向传

14、播的均匀平面波的区域，这需要模拟自由空间而没有外部干扰的环境，并且还需要均匀平面波的源；(2)天线可以绕其自身的轴旋转，这需要转台；(3)可以测试天线的接收功率，这需要功率计。以上三种解决方案是：(1)无外界干扰的自由空间环境模拟：在微波暗室测试时，微波暗室的工作频段需要满足天线测试所需的频率范围，微波暗室的大小需要满足天线工作的远场条件，这需要由公式(2-2)确定。(2-2)其中：dmin是最小测试距离，是工作波长，Dt是发射天线孔径的最大尺寸，Dr是待测天线(接收天线)孔径的最大尺寸。(2)将天线安装在可旋转360度的转盘上。转台的旋转参数应满足要求的测试精度。(3)发射源和接收设备可以共

15、享一个网络分析仪，因为发射天线(输入端可视为端口1)和接收天线(输入端可视为端口2)形成一个双端口网络。为了这两个人测试的模式曲线需要标准化。(3)增益测试本实验中的增益测试使用了比较方法。当将接收天线的最大辐射方向与发射天线对齐以确保极化匹配和阻抗匹配时，测试电流|S21|，将其记录为|S21|X，然后用标准增益天线(通常是喇叭天线)重复上述测试，将值记录为|S21|S，然后根据等式(2-3)(或等式2-4)计算增益。GX=GS|S21|X/|S21|S(2-3)或者GX(分贝)=一般事务(分贝)|S21|X(分贝)-|S21|S(分贝)(2-4)三。实验内容1.实验仪器和实验环境(1)安日

16、图3724D矢量网络分析仪Anritsu 37247D矢量网络分析仪(如图2-1所示)是一种能够测试各种射频和微波组件的高性能仪器。通过快速扫描速度、宽动态范围、低跟踪噪声和灵活连接性的正确结合，可以快速准确地测试微波元件的网络参数(S参数)。主要性能指标见表2-1。图2-1安瑞图3724D矢量网络分析仪表2-1主要绩效指标频率(千兆赫)端口1电源，典型端口2的噪底(dBm)系统动态范围0104115207-101108(2)CST-1自动测试转台CST-1自动测试转台(图2-2)用于本实验。该转台为二维转台，可实现360方位角旋转和90俯仰角旋转，旋转精度为0.05。图2-2 CST-1自动测试转台(3)安捷伦惠普8449B微波前置放大器在本实验中，安捷伦惠普8449B微波前置放大器用于放大接收天线接收的电磁信号。参数如下：l噪声系数：1.0ghz 12.5ghz-8.5db