北郵電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗(yàn)天線部分實(shí)驗(yàn)一.docx

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1、電磁場(chǎng)與電磁波（天線部分）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一班級(jí)：2010211110班姓名：謝牧彤學(xué)號(hào)：10210289日期：201305019實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量振子天線輸入阻抗1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握網(wǎng)絡(luò)分析儀校正方法；2.學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量振子天線輸入阻抗的方法；3.研究振子天線輸入阻抗隨振子電徑變化的情況。注：重點(diǎn)觀察諧振點(diǎn)與無(wú)線電徑關(guān)系(λ/4、λ/2)。2.實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)雙振子天線的一端變?yōu)橐粋€(gè)無(wú)窮大導(dǎo)電平面后，就形成了單振子天線。實(shí)際上當(dāng)導(dǎo)電平面的徑向距離大到0.2~0.3λ，就可以近似認(rèn)為是無(wú)窮大導(dǎo)電平面。這時(shí)可以采用鏡像法來(lái)分析。天線臂與其鏡像構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)振子，則它在上半平面輻射場(chǎng)與自由空間對(duì)稱(chēng)振

2、子的輻射場(chǎng)射相同。圖2.1單振子天線原理圖由于使用坡印廷矢量法積分求其輻射功率只需對(duì)球面上半部分積分，故其輻射功率為等臂長(zhǎng)等電流分布的對(duì)稱(chēng)振子的一半，其輻射電阻也為對(duì)稱(chēng)振子的一半。當(dāng)h<<λ時(shí)，可認(rèn)為R≈40(πh)2λ2。由于天線到地面的單位長(zhǎng)度電容比到對(duì)稱(chēng)振子另一個(gè)臂的單位長(zhǎng)度電容大一倍，則天線的平均特征阻抗也為等臂長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)振子天線的一半，為W=60[ln2ha-1]3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）設(shè)置儀表為頻域模式的回?fù)p連接模式后，校正網(wǎng)絡(luò)分析儀；（2）設(shè)置參數(shù)并加載被測(cè)天線，開(kāi)始測(cè)量輸入阻抗；（3）調(diào)整測(cè)試頻率尋找天線的兩個(gè)諧振點(diǎn)并記錄相應(yīng)阻抗數(shù)據(jù)；（4）更換不同電徑（Φ1，Φ3，Φ9）的天線，

3、分析兩個(gè)諧振點(diǎn)的阻抗變化情況。設(shè)置參數(shù)：BF=600，ΔF=25，EF=2600，n=81。94.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將導(dǎo)電平面接入短路線進(jìn)行校正，得到的阻抗點(diǎn)分布：圖4.1短路校正阻抗分布圖將導(dǎo)電平面接入開(kāi)路線進(jìn)行校正，得到的阻抗點(diǎn)分布：9圖4.2開(kāi)路校正阻抗分布圖當(dāng)被測(cè)天線的電徑為Φ1=1mm時(shí)，可在Smith圓圖上得到如下阻抗點(diǎn)分布：9圖4.3Φ1=1mm阻抗分布圖由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得其第一諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F11=1250MHz，電阻R11=40.30ohm,SWR11=1.249,RL11=-19.1dB.第二諧振點(diǎn)處F12=2475MHz，電阻R12=627.7ohm,SWR12=

4、12.59,RL12=-1.38dB.當(dāng)被測(cè)天線的電徑為Φ3=3mm時(shí)，可在Smith圓圖上得到如下阻抗點(diǎn)分布：9圖4.4Φ3=3mm阻抗分布圖由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得其諧振點(diǎn)處頻率約為（取最接近點(diǎn)）F31=1100MHz，電阻R31=34.36ohm,SWR31=1.455,RL31=-14.6dB.第二諧振點(diǎn)處F32=2025MHz，電阻R32=295.3ohm,SWR32=5.921,RL32=-2.96dB.當(dāng)被測(cè)天線的電徑為Φ9=9mm時(shí)，可在Smith圓圖上得到如下阻抗點(diǎn)分布：9圖4.5Φ9=9mm阻抗分布圖由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得其諧振點(diǎn)處頻率約為F91=1025MHz，電阻R91=25.03

5、ohm,SWR91=1.997,RL91=-9.55dB.第二諧振點(diǎn)處F92=1600MHz，電阻R92=131.7ohm,SWR92=2.635,RL92=-6.93dB.5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析9圖5.1不同天線電徑下第一諧振點(diǎn)、第二諧振點(diǎn)頻率變化圖5.2不同天線電徑下第一諧振點(diǎn)、第二諧振點(diǎn)輸入電阻變化9圖5.3不同天線電徑下第二諧振點(diǎn)與第一諧振點(diǎn)頻率比值變化理想情況下（不考慮電徑），天線的諧振頻率只跟電長(zhǎng)度（本實(shí)驗(yàn)中是高度）有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，天線電徑對(duì)諧振頻率有影響，電徑越大，諧振點(diǎn)頻率越小。而根據(jù)電磁波理論，天線電長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，天線能夠諧振。從圖5.3可以得出，若電徑Φ趨

6、近于0，則兩次諧振頻率比大致趨近于2，又由于這是前兩次鄰近的諧振，所以可得出第一次諧振時(shí)天線電長(zhǎng)度為λ/4，第二次諧振時(shí)天線電長(zhǎng)度為λ/2。但隨著電徑的上升，電磁場(chǎng)分布越來(lái)越受到由電徑帶來(lái)的復(fù)雜干擾，諧振頻率下降，且較高頻的第二諧振點(diǎn)下降更多，這兩個(gè)頻率比不再是2，不能簡(jiǎn)單地以λ/4和λ/2分析，說(shuō)明越高頻時(shí)電徑對(duì)電磁場(chǎng)影響越大。諧振頻率、電磁場(chǎng)分布都受電徑影響，所以諧振時(shí)其他參數(shù)也受電徑影響。表現(xiàn)為電徑越大，諧振點(diǎn)輸入阻抗越小，網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)越小，回波損耗越小，且越高頻影響越明顯?？梢?jiàn)選用越細(xì)的天線越好，這也是為何收音機(jī)天線比較細(xì)的緣故。取比較接近理想狀態(tài)的1mm粗天線分析，當(dāng)其工作在固

7、有頻率（電長(zhǎng)度為λ/4）時(shí)，電阻接近市面上流行的50ohm，反射系數(shù)也較低接近1?？梢?jiàn)這是性能比較好、比較通用的天線，而3mm次之，9mm又次之。6.心得體會(huì)實(shí)踐和先前的理論總是有差距的，而在實(shí)踐當(dāng)中修正自己先前的理論和對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)，也正是自然科學(xué)的魅力所在。實(shí)驗(yàn)之前我以為區(qū)區(qū)天線長(zhǎng)度對(duì)諧振頻率、輸入電阻等參數(shù)不會(huì)有什么影響。然而實(shí)際做了之后，才發(fā)現(xiàn)9mm粗的天線竟讓前兩次諧振頻率比降到了1.561的程度，已經(jīng)不能拿原先的理想模