1、中国石油大学 近代物理 实验报告班级： 应用物理 11-4 姓名： 辛拓 同组者：武丁仓教师： 亓鹏 天线的方向图测量 【实验目的】 1了解天线的基本工作原理。2绘制并理解天线方向图。3根据方向图研究天线的辐射特性。4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。【实验原理】 一天线的原理天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任 一 高频电路并不一定能用作天线， 为 的辐射或接收 可能 。要能 地辐射或者接收电磁波，天线在
2、 和 一定的要 。图B1-1 高频 路 线 线 为天线的过 。 ， 线 线间的电波currency1，“图B3-1a。在根 的 线，电fi方向fl，线间 于波 ，的电磁在线”的大currency1空间 于fl 。“ 线，“图B3-1b， 在方向 ， 线 的电磁不能 ，辐射 。线完全 ，“图B3-1c， 的 电fi方向同， 在周围空间的电磁只在一定方向 于 ，在大currency1方向 ， 辐射 。 的 被 为 。 路的 线线 的天线，是通的对 天线，是 的一 天线。研究天线，实质 是研究天线 的空间电磁currency1，以 空间电磁currency1定的天线特性。 电磁 Maxwell 方
3、组。 ， 解天线实质 是 解 一定 的电磁方 ， 的理基是电磁理。 1 a.射 射 射 同 电 电电电c.b.图B3-1 线 为天线天线的辐射方向图研究天线主要是得到天线的 特性，天线特性一般 电路特性和辐射特性 方面表征。电路特性包括天线的 入阻抗、 、频 宽度和匹配 度等；辐射特性包括方向图、益、极化、等，为了达到 佳的通信 ，要 天线 具备一定的方向性，较高的转换 ，以 统工作的频带宽度。天线辐射的无线电波能量在空间方向 的currency1，通是不均匀的， 是天线的方向性。即的天线也 方向性，完全没 方向性的天线实际 不存在。为了表天线的方向特性，人规定了几 方向性电参数，其中一 是辐
4、射方向图。天线方向图是指与天线等 处，天线辐射参量在空间中的对currency1随方向 化的图 。谓辐射参量包括辐射的功 通量密度、 、和极化等。实际应用中， 心的是天线辐射能量的空间currency1，在没 特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功 通量密度的空间currency1。方向图还可以用currency1贝 dB 表，功 方向图用currency1贝表后 为currency1贝方向图， 表方向的功 通量密度对于 大值下降的currency1贝数。天线方向的currency1贝数的计算方法见公 B3-1 ，其中为方向的功 通量密度，为 大功 通量密度。绘制方向图可以采用极坐标，也可以采
5、用直角坐标。极坐标方向图 象、直观，但对于方向性 的天线难于精确表；直角坐标方向图虽然没 极坐标方向图 象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。p(dB)=10lg PPmax(dB)B3-1 通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通 主方向角、主瓣宽度、半功 角、副瓣宽度、副瓣电 等。图 B3-3 是极坐标下天线方向图的一般 状。方向图通都 或多瓣，其中辐射 度 大的瓣 为主瓣，其余的瓣 为副瓣或旁瓣，副瓣中 大的为第一副瓣。下面 列举 可 天线方向图得到的天线参数：(1) 主方向角。指主瓣 大值对应的角度；(2) 主瓣宽度。也 零功 点波瓣宽
6、度 Beam Width between First Nulls, BWFN ,指主瓣 大值 2 主 主瓣第一副瓣00.50 02 0.52图B3-3 极坐标下天线方向图一般 状 零辐射方向间的夹角，即。主瓣宽度越窄，方向性越好，作用 越，抗干扰能力越 ；(3) 半功 角。也 半功 点波瓣宽度 Half Power Beam Width, HPBW ,指主瓣 大值 功密度等于 大值的0.5倍的辐射方向间的夹角，叫3currency1贝波束宽度 功 密度转化 currency1贝数后，功 密度 大功 密度1/2的地方对应的currency1贝数比 大功 处3dB -3dB=10*lgdB ，即；
7、(4) 副瓣宽度。指第一副瓣 零辐射方向间的夹角；(5) 副瓣电 Side Lobe Lever, SLL 。指副瓣 大值与主瓣 大值比，一般也以currency1贝表，见公 B3-2 ，其中：和currency1别为 大副瓣核主瓣的功 密度 大值。SLL=10lg PPmax (dB)B3-2 【实验器材】本实验的实验装置为AT3200天线实训 统。本 统包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信号源和天线方向控制器，以可以在计算 仿真天线复制图和特性的仿真软。【注 事项】1. 于天线测量 。待测天线与射天线间 公 R2 2 ， 能 的测 精度，其中 为天线的 大 度， 为波
8、。2.测量主 面方向图，收、天线的 大辐射方向应对 ， 都在 转 面 。【数据处理】图1：直角坐标 下E-Plane和H-Plane天线方向图 3 图2：极坐标 下E-Plane和H-Plane天线方向图 4 图3：3D E-Plane和H-Plane天线方向图E-Plane：直角坐标 ：主方向角： 0主瓣宽度： 1 半功 角： . 副瓣宽度： 1 2 副瓣电 ： SLL=10lg 1030=4.77(dB)极坐标 ：主方向角： 0主瓣宽度： 12 半功 角： . 副瓣宽度： 1 2 副瓣电 ： SLL=10lg 1230=3.98(dB) 5 currency1 ：从 面 坐标 得到的数据
9、：在 坐标 下，天线方向图的 参数基本一 ，主瓣宽度，半功 角，副瓣电 存在 ，在 的实验 围 ，数据 真实。图 的地方状，可能” 磁干扰 。 H-Plane：直角坐标 ：主方向角： 0主瓣宽度： 11 半功 角： . 副瓣宽度： 1 2 4 副瓣电 ： SLL=10lg 1830=2.22(dB)极坐标 ：主方向角： 0主瓣宽度： 11 半功 角： . 副瓣宽度： 1 2 副瓣电 ： SLL=10lg 1830=2.22(dB)currency1 ：从 面 坐标 得到的数据 ：在 坐标 下，天线方向图的 参数基本一 ，主瓣宽度，副瓣宽度，副瓣电 存在 ，在 的实验 围 ，数据 真实。图 的地
10、方状，可能” 磁干扰 。 与currency1：1. 是天线方向性图“：天线方向图是通过测量天线在空间不同角度的 参量值，在绘制在直角坐标 或者极坐标 中，表天线 参量在空间不用角度currency1情况的坐标图。2. 测量天线方向图的方法currency1别 几 ，并fi明“：测量天线方向图的方法主要 ，currency1别为fl定测量法和 转测量法，fl定测量法主要用于大 天线， 于转不便，待测天线fl定，天线在空中或地面 待测天线 转，得到不同角度的辐射 度，即可绘制 天线方向图。一 方法是 转测量法，待测天线 转，天线fl定不，然后通过测量得到方向图。实验 ：天线首先在于能 辐射和接收
11、无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。作为天线， 能 地辐射或者接收电磁波，通过通过测量天线的方向图能 好地描绘 天线的辐射特性。天线一般要 不是向 方向均匀地辐射，是只向 特定的辐射，在其”方向不辐射或辐射 ，也是fi 6 要 天线具 方向性。通过天线方向图的 直观的等到天线的主方向角、主瓣宽度、半功 角、副瓣宽度、副瓣电 等天线的 参数。天线的方向图测量主要currency1方 ，一 是fl定天线法，一 是 转天线法。对于一”的大 天线通采用fl定天线法，但方法测 不易 ， 作难度对较大，到测 较大， 难得到较为精确的测量数据。 转天线法对 ，本实验器是采用的 转天线法，天线作为信号源fl定不，待测天线作为接收天线，装在转 ，通过在一定 面 转测得不同角度的 大，即可得到 E-Plane和H-Plane。 7
