北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一

北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一最新

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

信息与通信工程学院

电磁场与微波实验报告

实验题目：网络分析仪测量振子天线输入阻抗

班级：2011211106

姓名：吴淳

学号：2011210180

日期：2014年3月

实验一网络分析仪测量阵子天线

输入阻抗

一、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阵子电径变化的情况。

注：重点观察谐振点与天线电径的关系。

二、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。

图1 实验原理图

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]。

三、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. 更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗

变化情况；

5. 设置参数如下：

BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81.

6. 记录数据：在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部

为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。

四、实验数据：

1. 直径=1mm时：

第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1250MHz，电阻R=41.88ohm, SWR=1.193, RL=-20.0dB。

第二谐振点处频率约为（取最接近点）F=2450MHz，电阻R=626.8ohm, SWR=12.54,

RL=-1.38dB。

实验图示如下：

图2 Φ=1mm阻抗分布图

2. 直径=3mm时：

第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1100MHz，电阻R=31.96ohm, SWR=1.566, RL=-13.1dB。

第二谐振点处频率约为（取最接近点）F=1950MHz，电阻R=290.2ohm, SWR=5.809, RL=-3.02dB。

实验图示如下：

图3 Φ=1mm阻抗分布图

3. 直径=9mm时：

第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1025MHz，电阻R=26.24ohm, SWR=1.908, RL=-10.1dB。

第二谐振点处频率约为（取最接近点）F=1600MHz，电阻R=132.9ohm, SWR=2.658, RL=-6.87dB。

实验图示如下：

图4 Φ=1mm阻抗分布图

五、分析结果

（1）对于相同材质，振子天线的直径越粗，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，越容易和馈线匹配，频率的间隔越小，工作频率范围就越宽。

（2）天线直径越大，阻抗特性变化越大。实验结果发现9mm天线的史密斯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，与理想状态的中心在正实轴某处的规则的圆有一定出入。因此三种天线在频率比较低的时候阻抗特性还可以，但随频率增大，直径越大的天线变化越剧烈。

（3）第一谐振点的阻抗远小于第二谐振点的阻抗。这与四分之一谐振点处Zin= Z0^2/ Z l 而半波长谐振点处Zin= Z l这两个公式有关，即Z l大于Z0。

（4）谐振点的谐振角度并不严格虚部为零。可能是天线本身的实际特性与理论有偏差，也可能是测量过程的误差造成。

六、联想相关问题的思考

1、网络分析仪：

网络分析仪作为测量网络参数的一种新型仪器，其功能强大，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。正确使用时，可以达到极高的精度。

自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他几十种网络参数，如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗（或导纳）、衰减（或增益）、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。另外由于受分布参数等影响明显，所以网络分析仪使用之前必须进行校准。

所以网络分析仪的应用也十分广泛，在很多行业都不可或缺，尤其在测量无线射频（RF）元件和设备的线性特性方面非常有用。现代网络分析仪还可以应用于更具体的场合。

2、天线振子：

作为天线上的元器件，振子简单解释就是发射和接收高频振荡信号的一段金属导体。其具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。振子是用导电性较好的金属制造的，有的是杆状的，也有的结构较复杂，一般是多个振子平行排列在天线上。

振子有半波振子和全波振子，振子尺寸要和接收或发射的频率波长尺寸对应才能达到最大效果，一般用二分之一或四分之一波长设计。本实验中用的是振子天线，天线一端接导电平面，形成单极天线，所以可以用镜像法等效分析。

另外，振子只有尽量放在空间才有最好效果，至于为了防锈，可用非金属材料覆盖，比如油漆，塑胶等。

3、天线：

天线作为一种变换器，把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。