电磁场与电磁波天线部分实验

实验目的:

1. 掌握网络分析仪校正方法；

2. 学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法； 3. 研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。

实验原理：

当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。

由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。当h<<λ时，可认为R≈40

。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子

另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为=60[ln(2h/a)-1]。

实验步骤:

1. 设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪; 2. 设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗;

3. 调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；

4. 更换不同电径（φ1，φ3，φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况; 设置参数：BF=600，∆F=25，EF=2600，n=81；

测量图：

1mm天线的smith圆图

3mm天线的smith圆图

9mm天线的smith圆图

实验结果分析

通过3种不同直径的天线的smith圆图的测量，发现随着天线直径的增大，天线的阻抗特性变化越大，理想状态下天线的smith圆图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实验结果发现9mm天线的smith圆图的阻抗特性非常不规则，随着频率的增高，其阻抗特性变化非线性。

被测天线的电径对天线的阻抗是基本不产生影响的，上述三图中阻抗有差别主要是因为三根阵子粗细不同因而对空间电磁场产生了一些影响导致了天线阻抗的变化，本质上是不影响的。

天线的电阻随着频率的变化是不断变化的，频率变化范围为600KHz到2600KHz，变化的趋势为——在前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加电阻增加。随着频率的增大从负电抗变化到正电抗，每一个都有电抗零点。

心得体会

本次实验让我初步掌握了网络分析仪的使用方法，学会了用网络分析仪测量振子天线输入阻抗，并且了解了振子天线输入阻抗随振子电径的变化。通过本次实验让我了解到了许多知识，让我受益匪浅。

实验二网络分析仪测试八木天线方向图

实验目的:

1. 掌握网络分析仪辅助测试方法； 2. 学习测量八木天线方向图方法；

3. 研究在不同频率下的八木天线方向图特性。

实验原理：

实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源阵子，一个反射器，五个引相器(在此图中再加2个引相器即可)

引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。

实验步骤:

1. 调整分析仪到轨迹（方向图）模式;

2. 调整云台起点位置270°； 3. 寻找归一化点(最大值点); 4. 旋转云台一周并读取图形参数;

5. 坐标变换、变换频率（600MHz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性；

测量图:

600MHz

900MHz

1200MHz

实验结果分析

由三个不同频率下的方向图可知：

1)八木天线的方向图是对称的，既其主瓣和后瓣是相同的，F=600MHz的图主瓣和后瓣比较均匀，说明受到的干扰小，而F=900MHz的图和F=1200MHz的图主瓣和后瓣有很严重的偏差，说明空间电磁场的干扰很大。 2)由上图可知：最大辐射方向基本是在60°和240°这条直线上。

3)在F=600MHz图上和F=900MHz图上旁瓣都很小，既能量大部分都集中在主瓣上，而在F=1200MHz图上由于受空间电磁场的干扰，使得旁瓣所占能量比较大。 4)对于F=600MHz图和F=900MHz图可知其前后比基本趋向于1，而对于F=1200MHz图由于受到影响使得前后壁大于1。

心得体会

今天做实验才第一次知道病了解了八木天线，它的命名原来是以日本人命名的。八木天线在传播电磁波的时候，会有主瓣和旁瓣后瓣之分。实验中通过旋转云台，读取数据，可以得到最佳接收状态。旋转一周后，可以从图上看到不同频率下的方向图。由于实验中，人为操作的问题，加上两组同时做实验会有相互干扰，导致在1200Mhz时受到干扰大，所得到图形偏差较大。由此可知，在天线的实际应用中，抗干扰技术非常重要本次实验让我了解了八木天线，进一步加深了网络分析仪的使用，并且学会了测量八木天线方向图，知道了不同频率下八木天线的特性。通过这次实验让我学到了许多知识，对我有很大的帮助

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