射频天线技术实验一

实验报告实验一测量线法测量线式天线输入阻抗
学号：姓名：
使用仪器型号和编号：
（1）同轴测量线：型号（TC8D）和编号（051）；
（2）信号发生器：型号（YM1130）和编号（006）；
（3）选频放大器：型号（YM3892）和编号（36）；
（4）被测天线负载组别（1）；
一．波导波长测量（采用交差读数法）
(1)测量读数
L1A =( 53.7 )mm; L2A =( 54.3 )mm; L minA =( 54 )mm;
L1B =( 113.6 )mm; L2B =( 114.2 )mm; L minB =( 113.9 )mm;
λg = 2| L minA - L minB |= ( 119.8) mm; 频率换算f = （ 2.504）GHz；
(2) 测量读数
L1A =( 113.6 )mm; L2A =( 114.2 )mm; L minA =( 113.9 )mm;
L1B =( 173.5 )mm; L2B =( 173.9 )mm; L minB =( 173.7 )mm;
λg = 2| L minA - L minB |= ( 119.6) mm; 频率换算f = （ 2.508）GHz；
(3) 测量读数
L1A =( 173.9 )mm; L2A =( 174.3 )mm; L minA =( 174.1 )mm;
L1B =( 234.1 )mm; L2B =( 234.3 )mm; L minB =( 234.2 )mm;
λg = 2| L minA - L minB |= ( 120.2 ) mm; 频率换算f = （ 2.496）GHz；
(4)计算平均值
λg = ( 119.87) mm; 换算频率f = （ 2.503）GHz；
二．绘画晶体管定标曲线
（不作要求）
三．测量计算L min
被测天线长度Lx
ρ=（5.7）；L=( 165.82)mm; L=( 192.18) mm; Lmin =（26.33 ）mm；（1）L1 =（50）mm；向负载方向，
1
ρ=（2.8）；L=( 167.72 )mm; L=( 190.66) mm; Lmin =（22.94 ）mm；（2）L2 =（38）mm；向负载方向，
2
ρ=（2.42）；L=( 155.96 )mm; L=( 187.60 ) mm; Lmin =（31.64 ）mm；（3）L3 =（32）mm；向负载方向，
3
ρ=（2.4）；L=( 153.52)mm; L=( 187.64 ) mm; Lmin =（34.12 ）mm；（4）L4 =（29）mm；向负载方向，
4
ρ=（1.36）；L=( 157.36 )mm; L=( 188.28) mm; Lmin =（30.92）mm；（5）L5 =（25）mm；向负载方向，
5
ρ=（1.48）；L=( 207.08 )mm; L=( 249.46 ) mm; Lmin =（47.38 ）mm；（6）L6 =（20）mm；向负载方向，
6
四．阻抗圆图法求Z min
1．阻抗圆图计算阻抗
（注：实验计算结果采用归一化阻抗，且为自己手动在Smith 圆图上计算所得）
计算步骤：1.根据ρ值，在Smith 阻抗圆图上画出等驻波比圆；
2.由于实验中接短路器，故从短路点（实轴最左端）逆时针向负载旋转g l λ/min ，得到A 点；
3.将A 点与圆图中心连线，交于等驻波比圆B 点，B 点即为归一化输入阻抗min z 。

（1）L1 =（ 50 ）mm=（ 0.417 ）λG ；向负载方向，1ρ=（ 5.7 ）；g l λ/m i
n =（ 0.22 ）；Zmin1 =（0.17-j0.21）Ω； （2）L2 =（ 38 ）mm=（ 0.317 ）λG ；向负载方向，2ρ=（ 2.8 ）；g l λ/m i
n =（ 0.191）；Zmin2 =（1.49-j1.22）Ω； （3）L3 =（ 32 ）mm=（ 0.267 ）λG ；向负载方向，3ρ=（ 2.42）；g l λ/m i
n =（ 0.264）；Zmin3 =（2.35+j0.42）Ω； （4）L4 =（ 29 ）mm=（ 0.242 ）λG ；向负载方向，4ρ=（ 2.4 ）；g l λ/m i
n =（ 0.285）；Zmin4 =（1.95+j0.83）Ω； （5）L5 =（ 25 ）mm=（ 0.209 ）λG ；向负载方向，5ρ=（ 1.36）；g l λ/m i
n =（ 0.258）；Zmin5 =（1.35+j0.05）Ω； （6）L6 =（ 20 ）mm=（ 0.167 ）λG ；向负载方向，6ρ=（ 1.48）；g l λ/m i
n =（ 0.395）；Zmin6 =（0.86+j0.34）Ω； （7）根据计算数据绘制SMITH 阻抗圆图：
上图是用AWR 软件绘制，连线由画图软件绘制，AWR 中代码如下：
2．公式法计算阻抗验算
计算公式：⎥
⎦
⎤
⎢⎣⎡+--
+=min 2min 22min min 2min 2min 220sin cos cos sin )1(sin cos kl kl kl kl j
kl kl Z Z A ρρρρ （注：实验计算结果采用归一化阻抗）
（1）L1 =（ 50 ）mm=（ 0.417 ）λG ；向负载方向，1ρ=（ 5.7 ）；Zmin1 =（
0.184-j0.216 ）Ω； （2）L2 =（ 38 ）mm=（ 0.317 ）λG ；向负载方向，2ρ=（ 2.8 ）；Zmin2 =（
1.48-j1.22 ）Ω； （3）L3 =（ 32 ）mm=（ 0.267 ）λG ；向负载方向，3ρ=（
2.42 ）；Zmin3 =（
2.32+j0.41 ）Ω； （4）L4 =（ 29 ）mm=（ 0.242 ）λG ；向负载方向，4ρ=（ 2.4 ）；Zmin4 =（
1.96+j0.83 ）Ω； （5）L5 =（ 25 ）mm=（ 0.209 ）λG ；向负载方向，5ρ=（ 1.36 ）；Zmin5 =（
1.36+j0.04 ）Ω； （6）L6 =（ 20 ）mm=（ 0.167 ）λG ；向负载方向，6ρ=（ 1.48 ）；Zmin6 =（
0.85+j0.33 ）Ω； （7）根据计算数据绘制SMITH 阻抗圆图：
上图是用AWR软件绘制，连线由画图软件绘制，AWR中代码如下：
五．实验分析
（1）根据上述的阻抗测量方法，分析测量中可能产生的误差，讨论减少误差的方法；
1.回程误差：实验中的游标卡尺是精密仪器，由于结构上的原因有回程误差。

因此一旦错过波节点/波腹点，这个时
候不能返回，只能继续前进，影响实验的进程与准确度。

实验中，我们组测量了6组数据，由于一直一个方向旋转，后面的测量已经使得游标卡尺旋转到最右面，所以不得不多次重新回到起点进行测量，使得实验数据有误差。

减少误差：不能反向旋转游标卡尺，只能一个方向前进，当接近实验所需的波节点/波腹点时，尽量慢慢移动，准确找到波节点/波腹点。

2.读数误差：实验中游标卡尺的读数由于人的因素会存在误差；读取驻波比的数值时，由于驻波比是非均匀变化，
刻度也是非均匀的，所以读数会存在较大误差；实验的偶然性较大，测量电压波节点距离很容易读数不准确。

减少误差：人尽量准确读数；读取驻波比的时候不能按照均匀刻度进行估算，要按照非均匀刻度尽量准确估算；
采用交驻读数法读取电压波节点距离，取平均值一般都会比直接读数更加准确。

3.短路器误差：当终端接入断路器时，所有波节点与负载的距离是半波长的整数倍，并且波节点的电压为0。

实验
过程中，前面4组数据都没有问题，按照正常规律变化，当天线越来越短的时候，受周围环境影响晃动很大，变化范围还特别小，很难找到波节点，而且出现了波节点无法归零的现象。

所以我们最后两组的数据测了很多次，每一次都吸取教训，尽量排除周围的一切干扰。

减少误差：由于波动范围小，所以要仔细认真寻找波节点，不能分心；排除靠近天线附近的人员干扰。

4.环境误差：由于本次实验中包含天线，而天线的性能和周围环境有及其紧密的联系，天线的输入阻抗与辐射阻抗
受辐射环境影响很大，如果周围环境变化很大，则受天线影响，实验数据也会变化很大，且这个实验室中，周围有很多导体和人员干扰，使得实验数据会有误差。

我们组测量第5、6组实验数据时，当我在转动游标卡尺的时候，发现接近波节点的时候，指针会剧烈晃动，后来经多次实验，发现如果我的手臂距离天线远些，指针晃动就会减弱。

可见，当天线很短的时候，很容易受到外界环境因素的干扰，产生较大误差。

减少误差：实验过程中人员尽量距离天线远一些，保证天线周围环境不会有大幅度变换，保持一个平稳的状态。

5.人为误差：实验过程中，有人参与就会有误差。

当测量电压波节点的时候，由于根据仪表观测，一不小心就会错
过那个点，使得前面测量的数据失效，只能重新测量。

或者尽管在波节点，可是人们的观测是根据当出现指针反转判断波节点，这个时候已经稍稍偏离波节点了。

实验后的处理数据的过程中，计算输入阻抗是我自己手动在纸质Smith圆图进行描点计算，难免会有误差。

减少误差：接近波节点/波腹点，尽量慢速、平稳旋转，以最大程度减小误差；其实实际可以用AWR软件计算输入阻抗，比手动计算会更加准确。

6.其他误差：天线焊接的完整性、指示电表读数不准、探针导纳影响、测量线机械平稳度差、连接转换装置的反射
等。

（2）被测量天线的电尺寸（L1，L2，L3…L8，L9）变化对其输入阻抗的影响；
1)按照操作步骤，随着天线的长度从λg/3逐步减小到λg/6，实验的6组数据中，前两组输入阻抗为容性（下半圆），
后4组输入阻抗为感性（上半圆），大约在λg/4分隔开，该处匹配程度最大呈现纯阻性。

即阻抗由开始的容性逐渐变为纯阻性，最后变为感性，符合实验理论。

2)根据耗线理论，损线的存在导致线上波长小于自由空间波长。

而且存在末端电流不为零的终端效应。

因此，天线
的谐振长度要略小于λg/4的整数倍。

在图中可以看出，谐振点（纯电阻）并不在λg/4处，而是在λg/5处左右，可能不仅由于上述原因，而且还有各种外界误差因素、天线焊接的完整程度和实验的偶然性有关。

3)在天线减小的过程中，大于λg/4时，实部逐渐增大；小于λg/4时，实部逐渐减小。

六．实验意见与建议
我们组先进行的实验一，做了大概3个小时，收获颇丰，总结一下我们实验过程的收获与给以后同学的建议：
1.天线的性能是整体的，如果过程中有数据测量错误，而天线已被剪短，这时所有的数据都已作废，全部需要重新测量。

所以建议每次剪短天线之前，粗略用书上公式估计一下实验结果的正确性，在λg/4两边应该是分别显示容性和感性的，如果不正确，还可以再测量一次。

如果全部做完再计算数据，大部分时候数据由于各种因素会有错误，这时天线已不能使用，所有的数据全部作废。

我们组和隔壁组都是犯了这样的错误，全部重新测量，第二次每次进行检验，小组内分工配合，成功完成了实验。

2.实验中天线的长度是从根部计算，还是焊锡以上的部分计算，这个部分希望老师以后能讲解一下。

3.天线越短，受干扰越大，变化范围小，找波节点很难。

我当时边测量边记数据的时候，手臂的晃动使得指针晃动很厉害，所以建议尽量排除天线辐射空间内人员的干扰。

4.测量中很容易一不小心错过波节点/波腹点，需要重新测量波节点间的距离，提醒以后的同学做实验，为了避免回程误差，所以在接近临界状态的时候一定要提高警惕性。

5.实验中我们第一批就用了3个小时，有一个组根本就没有机会排到实验器材，第一组占用了这么长的时间是因为没有及时估算结果的正确性，最后发现最后偏差很大，全部重新测量，特别耽误时间。

希望老师能提醒以后做实验的学
Z的公式标注出来，供大家检测数据的正确性。

生，尽量提高实验效率。

实验步骤上最好也把那个
in
6.关于 的读数问题，一定要记住是否切换了档，经常我和同实验的伙伴都忘记是否切换，不知道用什么量程读数，导致重新测量。

且进行归一化的时候，一定不能调节dB档，经常也是忘记这个，导致重新测量。

总结：实验内容经过老师删减后已经很合理，适合大家小组分工合作，期间遇到问题问老师，老师也热心帮忙，解决了问题。

尽管持续时间很长，还重复做了两遍，但是发现问题的过程还是很有意思的，第二遍实验就顺利很多，尽管还是有问题，但是知道如何处理能得到正确的结果。