天线实验.docx

天线实验(微波暗室)实验目的：1. 了解超宽带天线的概念及特点2. 了解现代天线测试系统的组成3. 了解现代天线测试仪器设备及其使用方法4. 了解超宽带天线的测试方法5. 了解线极化和椭圆极化参数的测试方法实验原理：超宽带天线是种具有极宽阻抗带宽的天线，其比带宽一般可以到达2:1以上，现代超宽带天线的阻抗带宽可以到达30:1以上，可以覆盖多个波段，能够实现传统的多个天线的功能，所以受到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，还具有极宽的方向图带宽，增益带宽及极化带宽。现代超宽带天线还需要具有稳定的相位中心，暨可以不失真地辐射时域脉冲信号。根据以上对超宽带天线的要求,可以结合所学的天线原理进行如下天线测试：实验装置图1：天线阻抗带宽的测试阻抗：天线作为二端网络，在与馈线连接处的输入阻抗。(2J主极化方向图的测试方向性：固定收发天线距离，测试相对场强随空间方向的变化。方向图的测试需要测试天线在阻抗带宽内的各个频点的远场的方向图，一般最少要测试3个频点，即下限频点力、上限频点力和中心频点加，对于更宽的频带，要根据具体情况多测试一些频点的方向图，以便全面了解天线的参数。在工程上，一般不需要远场的三维方向图，而只需要测试两个主平面的方向图曲线，对于线极化天线来说，这两个主平面为E面和H面。因此，在天线测试前，还需要判断天线的极化方式。在满足天线测试的极化匹配和阻抗匹配的条件下，所测试的方向图为单一频点的功率方向图，所依据的原理为公式增益的测试增益：与无方向性天线相比，等效发射功率提高的倍数，除此之外，对某些天线还有一些特殊的测量内容，如圆极化天线的轴比，某些天线的口径场分布，相位方向图等。我们重点研究天线的方向图及增益。阻抗虽属于天线重要参数，但只要满足天线对测量空间的要求，它的测量与微波技术中阻抗的测量是一致的。实验仪器：AgilentE8363B型矢量网络分析仪CST-I型自动测试转台XB-GH型标准增益天线、发射天线及待测天线微波暗室实验步骤：(1)驻波系数的测试环境：微波暗室设备：AgilentE8363B型矢量网络分析仪、固定天线夹具操作步骤：翻开矢量网络分析仪，选择导入全波段校准数据，界面选择测试Sll,显示格式为SWR,显示比例为每纵格0.5,将起始频率和终止频率设置为IGHZ和16GHz,并设置频点i=3.1GHz力=10.6GHz、6.85GHz,此时矢网的输出功率电平应保持默认值(-17dBm)o将天线装入固定夹具，然后将网络分析仪的PortA端口与天线馈电端口相连，将天线辐射体置于远离周围障碍物的地方（超过50Cm）,测试此时的驻波系数，重点观察/i、力和加频点的驻波系数，并记录到表I中。设置Mark,观察天线在3.1-106GHz频带范围内驻波系数的最大值和最小值，并记录到表中。观察天线的驻波系数低于2.0时的下限频率和上限频率，记录到表I-I中。晃动天线，观察此时矢网屏幕的驻波系数曲线的变化。（2）主极化方向图的测试环境：微波暗室设备：AgilentE8363B型矢量网络分析仪、固定天线夹具、10米低损耗电缆两根、1米低损耗电缆一根、工控机（含天线测试系统软件）、GPIB线、串口线、天线测试转台、发射天线及专用支架、天线测试专用夹具、低噪声放大器（选件）。工具：激光笔将天线安装至固定天线夹具上，然后将天线按照垂直极化的方式安装在转台上，安装时需保证天线辐射体中心的铅垂投影线通过转台中心的偏差在3cm以内（用激光笔测试），保证天线垂直极化；将一根Iom低耗电缆的一端连接在天线的馈电端口上，另一端连接低噪声放大器的输入口上，然后用Im低耗电缆将低噪声放大器的输出口与矢量网络分析仪的PoRTB端口相连接（假设无低噪放那么将IOm电缆的另一端通过Im低耗电缆与矢量网络分析仪的PORTB端口相连接）；将与发射天线相连接的另一根IOm低耗电缆的与矢量网络分析仪的PORTA端口向连接；调整发射天线的高度、极化，使发射天线为垂直极化，口面中心与待测天线辐射体中心同一高度，用激光笔测试偏差不超过5cm；将工控机与矢量网络分析仪通过GPlB线连接在一起，开启计算机，进入到天线测试系统软件界面，点“初始化”键，然后进行测试频点设置，分别设置频点3个：=3.1GHz.力=10.6GHz於6.85GHz。进行天线方向图的自动测试，转台水平旋转一周，计算机自动根据采集的数据输出待测频点方向图，做好存档，此时测得的为天线H面方向图；更换夹具，将天线按照水平极化的方式安装在转台上，安装时需保证天线辐射体中心的铅垂投影线通过转台中心的偏差在3cm以内（用激光笔测试），保证天线水平极化；调整发射天线的高度、极化，使发射天线为水平极化，口面中心与待测天线振子中心同一高度，用激光笔测试偏差不超过5cm；按照步骤、进行测试，做好计算机输出方向图的存档，此时测得的为天线E面方向图；继续其余频点的测试，根据存档的E面和H面方向图，观察记录如下内容，并记录到表12中。（a）峰值电平及角度坐标；（b）主瓣宽度；（C）方向图的起伏程度（不圆度或者零值深度）（d）第一副瓣电平（3）增益测试环境：微波暗室设备：AgilentE8363B型矢量网络分析仪、固定天线夹具、10米低损耗电缆两根、1米低损耗电缆一根、工控机（含天线测试系统软件）、GPIB线、串口线、标准喇叭天线、天线测试转台、发射天线及专用支架。工具：激光笔将天线安装至固定天线夹具上，然后将天线按照垂直极化的方式安装在转台上，安装时需保证天线辐射体中心的铅垂投影线通过转台中心的偏差在3cm以内(用激光笔测试)，保证天线垂直极化；将一根IOm低耗电缆的一端连接在天线的馈电端口上，另一端连接在矢量网络分析仪的PORTB端口上；将与发射天线相连接的另一根IOm低耗电缆的与矢量网络分析仪的PoRTA端口向连接；调整发射天线的高度、极化，使发射天线为垂直极化，口面中心与待测天线辐射体中心同一高度，用激光笔测试偏差不超过5cm；调整待测天线与发射天线的最大辐射方向，让两个天线的最大辐射方向正对，具体地，调试发射天线转台，使方位角为0°,然后，使待测天线的辐射体与发射天线正对，此处需要参考(2)(a)记录的峰值电平及角度坐标值；开启网仪，界面选择测试S21,显示格式为Log,显示比例为每纵格IOdB,参考电平设置为-50dB,将起始频率和终止频率设置为IGHZ和16GHz,并设置频点/i=3.1GHz、力=10.6GHz、加=6.85GHz,此时矢网的输出功率电平设置为+3dBm.记录此时矢量网络分析仪的数据，具体地，就是3个频点对应的S2值，记录为S2ii(i=0,1,2)；此时可适当地调整待测天线转台的方位角，直至各频点对应的S2"值最大，开始记录；取下待测天线，将标准天线保持垂直极化状态，安装到测试夹具上，使口面与发射天线正对，口面中心与发射天线口面中心同一高度(用激光笔测试偏差不超过5cm)；仿照步骤记录此时矢量网络分析仪的数据，具体地，就是3个频点对应的S2值，记录为佃(i=0,1,2)；此时可适当地调整待测天线转台的方位角，直至各频点对应的S2值最大，开始记录；将记录的数据按照如下公式进行计算，求出待测天线在频点步处的增益：GmIdB)=Gsi(dB)-Sn(dB)+S21xi(dB)(i=0,1,2),Gsi(dB)是标准天线增益，可以查表求得。记录及计算所得的数据均要存档备查一实验数据：不同频率下的方向图：1 .E面,频率3100MhZ2 .E面，频率3150MhZ3 .E面，频率3200MhZ4 .E面,频率3250MhZ5 .E面，频率3400MhZ6 .H面，频率3200MhZ7 .H面，频率3400MhZ8 .H面,频率8250MhZ9 .H面，频率8350MhZ(2)螺旋天线：相位：(3)测量增益:长轴短轴轴比标准天线功率AS-13.50-13.501待测天线功率AX-21.41-22.481.07标准天线增益GS15.0015.00待测天线增益Gx7.096.025.124.009.12(增益)9.60长轴方向：Gx=Gs+As-Ax=15.00-21.41+13.50=7.09短轴方向：Gx=Gs+As-A×=15.00-22.48+13.50=6.0210(7.0910)=5.12;10(6.0210)=4.00螺旋天线增益=10IOg(5.12+4.00)=9.60实验思考：因为天线的方向性函数和方向图均与波长有关，所以不同频点的天线方向图的主极化方向，波瓣宽带，副瓣数以及副瓣宽度都有很大区别。观察实验图可知对于线极化在频率为3100MhZ以及3400MhZ时方向图只有主瓣没有副瓣，最大值方向在90度处。但当频率在3150Mhz,3200Mhz,3250MhZ时由图可以看出副瓣增多，主极化方向改变。当频率增大到8100MhZ时在H面方向图已经不再似圆形，而接近椭圆了。对于椭圆极化当相位增加时增益减小。在测量过程中要注意不能影响波的传输以及出现反射现象以免对实验数据产生影响。