天线的方向图测量(设计性试验)
试验四天线方向图测量试验
实验四 天线方向图测量实验一、预习要求1、什么是天线的方向性？2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？二、实验目的1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义；2、了解天线方向图形成和控制的方法；3、掌握描述方向图的主要参数。
三、实验原理天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。
完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。
它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。
测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。
若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。
空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方向图就行了。
图7 立体方向图天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。
极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。
但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。
因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1º的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。
一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强max `)(E E ϕθ表示。
这里，)(`ϕθE 是任一方向的场强值，max E 是最大辐射方向的场强值。
因此，归一化最大值是1。
对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。
图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。
图8 方向图表示法（a）极坐标（b）直角坐标本实验测量一种天线的方向图，测试系统框图如图9所示。
其中，辅助天线作发射，由功率信号发生器激励产生电磁波；被测天线作接收，被测天线置于可以水平旋转的实验支架上，接收到的高频信号经检波后送给电流指示器显示。
8第8章 天线方向图的测试
第8章 天线方向图的测试方向图测试本身并不难，难在它须要一套设施。
首先是空旷的场地或暗室，其次是转台与安装设备，当然还要有一套收发装置能自动记录测试数据。
这里要提醒的是在测照射器的幅度方向图之前，先要测出其相位方向图以定出相位中心后，才能测幅度方向图。
8.1 相位方向图的测试由于这个问题未受到充分重视，故这里先讲它，作为抛物反射面天线的照射器，可以 是振子，也可以是喇叭，甚至是波纹喇叭，抛物面反射器对照射器不但有幅度分布要求，对相位分布也有要求，一般要求同相。
或者说测幅度方向图时转台的旋转中心要落在照射器的相位中心上，除要求转台上有平移微调用的拖板，以便来回调整位置，找到合适的相位中心，当然指示设备要用有相位信息的矢网之类的幅相接收机，最简单的就是PNA36系列。
相位中心不是一次就找得出来的，它是一个试凑过程，甚至有的照射器E 面与H 面相位中心不重合，假如你能在天线反射面或付面中能修正这些相位误差的话，你的天线设计就又高了一层。
8.2 测远场幅度方向图的考虑一．测试距离R一个待测天线最大口径尺寸为D 则R ≥2D 2/λ，对于一般通信天线大致上约为30m 。
这是允许口面相位差π/8推出的，适于一般常规要求。
二．架高问题一般习惯收发天线适当架高一些，以避免阻挡与人的影响。
有人想避开地的影响，拼命架高并无必要，因为在低频段，低增益下脱离地面达到自由空间的效果是办不到的，甚至测增益有时要故意架低才能测准。
但测波瓣并不太在乎高度，但也不宜放在盲区，有时得适当选择一个高度才行。
当然有条件的话尽量在暗室中测试。
三．系统信号强度（接收功率）估算P r = ()222244LR G PGG L R A G G P r t t πλπ=⋅⋅⋅⋅ （8-1）用dB 表示 。
P rdBm = P dBm + G dB + G tdB + G rdB +λdB - R dB - L dB （8-2）P 为发射功率，L 为电缆损耗，G 为放大器增益（注意P max ≈17dBm ），G t 为发射天线增益，G r 为待测天线增益，R 为空间衰减，λ为波长，λdB 为由波长引入的因子。
最新天线测量与微波测量实验讲义
天线测量与微波测量实验讲义天线测量与微波测量实验讲义（试用）实验一、喇叭天线方向图的测量一、 实验目的：1、 了解喇叭天线的方向图特性；2、 掌握天线方向图的测量方法。
二、 实验原理：H 面和E 面方向图的计算公式为E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR Hθ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)]+exp[j(π/4)λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]}E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2±j(π/2)t 2]dt=C(x)±jS(x)u1=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u2=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u3=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]}u4=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]} w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w2=[b h/(2λg R E)1/2]-{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}三、实验装置：测量方向图所需的基本设备可分为发射系统和接收系统两大部分。
天线方向性图的测量
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空 间 的平 面 指 向角与水平方
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天线原理与设计62 方向图测量
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(a)归一化场强方向图
(b)归一化场强分贝值方向图
归一化方向图
一、现场测量
采用现场测量方法的待测天线通常都固定不动,而 让辅助天线绕待测天线在感兴趣的平面内作圆周运 动,以测取该平面的方向图。 1、地面测试法
2、空中测试法 这种方法仍是固定待测天线不动,一般作接收天
线。辅助源天线由普通飞机、直升飞机、小型飞船、 气球等运载工具携带,绕待测天线在所需测试的平 面内作圆弧运动,据不同角位置时待测天线接收到 的相对场强大小,就求得了该平面内的方向图特性。
采用此方法应注意以下几点: (1)当沿要求路线飞行的飞行器所运载的源天线 姿态相对于待测天线改变时,待测天线接收到的信 号也将显著改变。为了将这种改变减至最小,源天 线的波瓣最大值应始终对准待测天线,且源天线方 向图之有用部份应尽可能均匀(即弱方向性或全方 向性天线),飞行器的航向应选择得其姿态改变最小。
(2)由于源天线的方向图会受到携带它的飞行器形 状的影响,因此,设计和安装源天线时必须将环境因 素考虑进去。
(3)根据天线电尺寸和飞行器尺寸的不同,应选择 不同类型的源天线。
二、测试场测量
超高频或微波波段的真实天线或其它波段的缩尺 模型天线,一般都在测试场进行天线方向图测量,简 单而方便。此时,辅助天线固定不动,待测天线绕自身 的通过相位中心的轴旋转。通常,辅助天线作发射,待 测天线作接收,待测天线装在特制的有角标指示的转 台上。测试水平方向图时,可让待测天线在水平面内 旋转,记下不同方位角时相应的场强响应,在适当的
21天线方向图测试---抛物面天线方向性的研究
103 实验二十一 天线方向图测试一抛物面天线方向性的研究一、实验目的1、进一步掌握天线方向图的基本测量方法。
2、了解旋转抛物面天线的结构及其几何参数关系。
3、研究旋转抛物面天线的辐射器在正焦、偏焦时的方向图。
二、实验内容1、测量旋转抛物面天线的主要几何尺寸，计算抛物面的焦距f ，将辐射器置于焦点上(正焦时)，测量抛物面天线的H 面方向图。
2、将辐射器置于偏离抛物面轴线某一角度1θ的等焦距位置上，测量天线的H 面方向图。
3、将辐射器沿轴线缩短4cm 时，测量天线的H 面方向图。
三、实验原理和方法旋转抛物面天线是一种典型的反射面天线，它是由金属制作成的旋转抛物面反射镜(其几何尺寸大至几十米，小到零点几米)和位于抛物面焦点上的辐射器(又称馈甲如振子天线、喇叭天线和糙隙天线等)所构成，具有主瓣窄、付瓣电子低和高增益等辐射特性，目前已广泛地应用于雷达、中继通信、电视、射电天文和卫星地面站等方面。
抛物面天线辐射特性的分析方法目前在理论上已经成熟，借助数字计算机可以获得精确的计算，但是由于制造工艺和安装方面的原因往往存在抛物面的制造公差和辐射器的安装公差等，从而影响了天线的辐射特性，所以通过实际测试调整天线的性能是非常重要的。
旋转抛物面天线是一种具有针状波束的强方向性天线，它的这一特性是由旋转抛物面天线的聚焦作用决定的。
在直角坐标中的方程为224x y fz +=在极坐标系中的方程为22sec 1cos 2f f ψρψ==+ 图20-1旋转天线法测量天线方框图四、测量步骤⑴、根据要求确定球坐标去向和控制台⑵、确定最小测试距离和架设高度⑶、进行电道估算选择测量仪器⑷、收发天线应架设在同一高度上，并将转台调到水平⑸、检查周围的反射电平及必须具备的测量条件⑹、转台转轴尽可能通过待测天线相位中心⑺、转动待测天线，使准备测试的方向图平面为水平面，并使辅助天线极化使与待测场极化一致。
⑻、将收发天线最大方向对准，调整检波器与测量放大器使接受指示最大⑼、旋转待测天线，记录接受信号，特别留心主办宽度和付瓣电平，垂直平面的方向图测量同上，只要将天线变成俯仰转动或将待测天线极化旋转90度在水平面测量。
天线方向性图的测量[权威资料]
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天线方向性图的测量[权威资料] 天线方向性图的测量对于一面发射天线，如果有另一面性能较好的接收天线相配合，就可以测定发射天线的发射方向图。
对于一面接收天线，如果有一面发射天线相配合，就可以测定接收天线的接收方向图。
只是在测定方向图时，不管被测的是发射天线还是接收天线，都需要有电动伺服系统，能够平稳地、连续地在方位面和俯仰面上进行调整。
用来配合测试的天线可以与被测天线处于同一地球站内，也可以处在地理位置相隔较远的地球站上。
这种测定天线方向性图的方法，称为“辅助地球站测量法”。
要想测定发射天线的方向性图，则与之配合的接收天线就是“辅助地球站”;要想测定接收天线，则与之配合的发射天线就是“辅助地球站”。
这种测量法与其它一些方法相比有以下优点:一是既能测接收方向图，又能测发射方向图;二是测量的角度范围比较大，能够测到远旁瓣;三是测量的结果比较准确，测量精度在可控范围内。
使用这种测量方法，不论是测量发射方向性图还是测量接收方向性图，都必须向卫星发射一个不加调制的单载波，且要求其频率和功率都十分稳定。
上行功率的确定要考虑两个方面的因素，一方面上行功率要足够大，以保证在天线转动到远旁瓣时仍能接收到信号;另一方面，上行功率又不能过大，避免使卫星转发器进入饱和状态，一旦转发器处于饱和状态，会影响方向性图在主瓣附近的细节，还会影响主瓣与旁瓣之间的电平关系。
如图1(a)所示，某天线在测试时因为上行发射功率太大导致转发器饱和，主瓣被压缩，主瓣与旁瓣的电平差不符合指标要求;而在调小发射功率后再测，结果就正常了，见图1(b)。
所以，确定上行功率时需要得到卫星测控站的帮助，只要确认在天线主瓣对准卫星时转发器未饱和即可。
上行功率的确定还要兼顾测试接收机的性能，以保证接收机工作在线性范围内，避免由于接收机的原因导致测量误差。
在测量中还需注意，尽可能不使用LNB(低噪声下变频单元)，而应使用LNA(低噪声放大器)，且放大器中不可启用AGC(自动电平调整)功能。
天线方向图的理论分析及测量原理分析
实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。
衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。
立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。
天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
天线与电波教学实验
天线与电波教学实验实验二天线方向图测量2．1实验内容和目的：测量八木天线的E面和H面方向图。
绘制极坐标对数（dB）方向图。
掌握天线方向图的概念及一般测量方法。
2．2实验说明天线方向图是表示天线在远区某一固定距离处的辐射场强或能流密度的相对大小与空间方向关系的图形。
其中表示场强大小与空间方向关系的称为场强振幅方向图（简称为场强方向图，或进一步简称为方向图）），表示能流密度大小与空间方向关系的称为功率方向图，用对数表示的辐射强度与空间方向关系的称为对数（或dB）方向图。
一般情况下，方向图是三维的空间图形，比较复杂。
实际工作中，为了简化起见，一般只要绘出两个相互正交的有代表性的主平面的平面方向图。
通常主平面取E面（天线的最大辐射方向与最大辐射方向处电场的方向组成的面）和H面（天线的最大辐射方向与最大辐射方向处磁场的方向组成的面），或水平面（平行于地面的面）和垂直面（包含天线的最大辐射方向、垂直于地面的面）。
平面方向图可以用直角坐标或极坐标表示。
平面方向图的主要参数有：最大辐射方向，主瓣半功率瓣宽、1/10功率瓣宽、零功率瓣宽，旁瓣位置、旁瓣电平（SLL），前后比（F/B）等。
瓣宽一般以度表示。
天线方向图的测量是天线的最基本的测量。
根据天线的互易性，同一天线用于发射和用于接收时方向图等基本特性参数保持不变。
为了测量方便，我们经常将被测天线用作接收天线来测量。
通常用任一参考天线固定发射，被测天线安放在远区某一固定点带有角度指示的转台上，每隔适当角度以旋转接收的方式进行测量。
角度间隔大小依据被测天线波束的宽窄而定，一般取1度、5度或10度。
但在变化较大的主瓣内及旁瓣最大值附近要多测几个值，零点（或极小点）也要测出来。
对窄波束天线，主瓣内间隔要非常小，旁瓣最大值附近测的值要多。
为了使测量准确，必须注意以下问题：1.测量必须在远场区进行。
收发天线的最小距离可用下式求出：λ2min) (2rtl lR+ =式中，lr 和lt分别是收发天线的最大尺寸。
天线方向图测试系统的设计
天线方向图测试系统的设计摘要:本文提出一种微波天线方向图测试系统,详细阐述了发射、接收和控制系统,并给出实验测试结果。
该系统结构简单、成本低廉,可应用于高校的相关实验教学中。
关键词:天线方向图测试系统教学1引言天线辐射方向图是确定天线实际性能的一种重要指标,也是天线教学的一个主要环节,其辐射特性的配置[1]如图1所示,采用极坐标系表示,发射(待测)天线置于坐标原点,取z轴为天线最大辐射方向,则极角从z轴量起,方位角在xy面内逆时针量到球半径矢量的投影。
但大多数天线方向图都是对称的,而且三维测量会带来系统成本上的增加,因此可以采用测量天线主瓣轴线的正交的大圆截割面即E-面截割和H-面截割来体现。
本系统选择了截面进行了天线方向图测量,基本步骤是将一架发射的或接收的源天线放在相对待测天线等距离的不同位置上,通过原地旋转被测天线,利用频谱分析仪不断测量接收信号平均功率强度,以采集大量方向图取样值,最后通过计算作图得到天线相对功率二维截面方向图。
2 系统组成测试系统由发射接收系统和电机控制系统组成,如图2所示,发射接收系统主要完成1.397GHz信号的产生与发射,和对接收信号的放大、滤波、混频等;转台滑台的电机控制系统包括转台及其控制步进电机、步进电机控制电路。
2.1发射接收机设计本文采用集总参数元件和分布参数元件及MMIC、RFIC、分立元件混合方法设计了一对调频小功率1.3GHz超高频接收机发射机,总设计框图如图3所示。
发射机由以下几部分组成:压控振荡器、调制电路、输出放大器、天线匹配网络及发射天线。
压控振荡器是采用NEC公司的微波晶体管2SC3358作为振荡器,特殊处理的同轴谐振器做选频器件,整个谐振器制作于一块相对介电常数为r的陶瓷长方体上,图中灰色部分。
整个陶瓷表面电镀一层0.2mm厚的银箔构成外导体,图4中斜线部分。
其中心有一直径为d的通孔,并用银箔填充,用做内电极。
W<<1/4,则终端短路的同轴线可以等效为一L,C并联电路,dw用于微调谐振频率。
天线方向图测试系统的设计
天线方向图测试系统的设计作者：张烨来源：《科技风》2018年第23期摘要：针对传统线方向图测量方法效率低、精度差、以及可测频段单一的缺点，本文设计了微波天线方向图测试系统，对发射系统、接收系統以及控制系统进行了比较详细的阐述，并得出了实验的结果。
这个系统结构比较的简单，并且成本比较低，在高校实验教学中比较的适用。
关键词：天线；方向图；微波；多频段在进行无线传输的时候，天线是非常关键的，并且无线电磁波无论是接收还是发射，都是通过天线进行的，所以，天线设计会直接给无线性能造成较大的影响。
而作为天线设计的重要参数之一——方向图，能直观的反映出天线的重要性能，因而绘制不同频段天线的方向图则至关重要。
目前，实验教学中采用的天线的频段主要为800MHz或者2.4GHz，因此只能绘制出特定频段的方向图，为了解决这一问题，本系统设计出一款多频段的天线方向图测试系统，将单一频点的测试模式升级为多频点，可自动测试频段为50MHz——4.3GHz天线的方向图并绘制显示。
该系统通过对不同频段天线特性的测试加深学生对天线方向图的感知认识，同时学生可用该系统设计各种天线进行天线特性测试。
1 系统组成本系统提供了一种测量天线方向图的测试平台，如图1所示，系统包含发射系统、接收系统、电机控制系统、天线转动平台、数据处理及终端显示系统发射天线发射电磁波，输出电平数字程控可调，电机转动被测天线进行接收，电动转动1周，360度，测出被测范围内不同角度处的信号电平，再经过A/D 将模拟量（角度值，电压值）转换成数字量送入单片机，最后在液晶上显示天线方向。
2 测试原理所谓辐射参量包括辐射的通量密度、场强、香味和季华，在通常情况下，辐射方向图在远区测定，并表表示为空间方向坐标的函数。
天线位于坐标原点。
在距离天线等距离（r=常数）的球面上，天线在各点产生的场强随空间方向的变化曲线，成为场强方向图。
所以，要测归一化场强方向图，只要测得在距离天线等距离舳球面上各点的场强即可。
SJ 2534.3-84 天线测试方法 在天线测试场测量天线辐射方向图
中华人民共和臣电子工业部部标准天线测试方法在天线测试场测量天线辐射方向图本标准适用予在天线潞试场测量天线的辐射方向图，重点放在天线辐度方向图的测量。
本标准中始终假定受试天线是一个无源，线性，可逆的装置，所以它的辐射特性既可以在发射状态也可以在接收状态下测量。
否则应当在天线系统所设计的使用状态下进行测量。
本标准中如无特殊说明，则受试天线是用于接收状态。
工作坐标系与测量的基本考虑1.1天线辐射方向图是任何一个天线的主要特性．为了全面地表征一个天线的辐射场，应测量以受试天线为中心（严格地说是以受试天线的相位中心为中心>的某一球面上的相对幅度，相对相位，极化及功率增益。
这些辐射特性中的任何一个作为空间坐标系的函数被显示出来就定义为受试天线的辐射方向图或天线方向图．1.2应将一个工作坐标系（通常是球坐标系）与受试天线联系在一起．此坐标系由天线使用时所处的系统而定。
特殊天线的测量可以规定不同的坐标系．天线测量中采用的标准球坐标系示予图1．一种专门用于火箭、导弹和宇宙飞船的坐标系示于图2．1．3 天线的坐标系一般根据天线上某一机械基准来规定．因此，应当提供一种建立这个机械基准的手段．图1 天线测量中使用的标准球坐标系1.4在一个给定的辐射方向图中两个角型标是变量，而受试天线到测量点阿距离R是不变的。
通常射频工作频率和天线极化状态作为参变量来处理．辐射方向图应在规定的频率上和指定的极化状态下泓量。
对某些天线的应用必须使频率作为一个变量。
如果频率是连续可变的，则此种测量方法叫做扫频技术．。
1.5完全测出天线的辐射方向图是不现实的，所以必须使用各种采样技术。
如固定工作频率和极化而坐标步进地改变，对的每一增量在给定的范围内连续地测出所徭要的天线特性。
根据实际情况，只要增量足够小，便可以获得近予完整的实用天线方向图。
对所有增量得到的方向图通常叫做一个辐射方向图组。
1.6当源天线照射到它紧邻区域内的构件上时，这些构件会改变孤立天线的辐射场．因此对辐射场的测量必须把那些构件的有关部分包括在内。
天线方向图的测试(功率测试法)
天线方向图的测试
实验成绩指导老师签名
【实验目的】
(1)了解八木天线的基本原理
(2)了解天线方向图的基本原理。
(3)用功率测量法测试天线方向图以了解天线的辐射特性。
【实验使用仪器与材料】
(1)HD-CB-V 电磁场电磁波数字智能实训平台
(2)八木天线
(3)电磁波传输电缆
【实验原理】
八木天线的概念：由一个有源半波振子，一个或若干个无源反射器和一个或若干个无源引向器组成的线形端射天线。
八木天线有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。
用它来测向、远距离通信效果特别好。
方向图是表征表示场强对方位角变化的极性图形，在本实验中，接收端用功率计来测量接收天线的辐射特性。
连接示意图：
【实验步骤】
首先将八木天线分别固定到支架上，平放至标尺上，距离保持在1米以上。
(一)发射端
1.将八木天线固定在发射支架上。
2.将“输出口2”连接至发射的八木天线。
3.电磁波经定向八木天线向空间发射。
(二)接收端
1.接收端天线连接至“功率频率检测”，测量接收功率。
2.调节发射与接收天线距离，使其满足远场条件。
3.将两根天线正对保持0度。
4.记录下天线的接收功率值。
5.转动接收天线，变换接收天线角度，记录下天线接收功率值。
天线的方向图测量(设计性试验)
中国石油大学近代物理实验报告班级：材料物理10-2 姓名：同组者：教师：设计性实验不同材质天线的方向图测量【实验目的】1．了解天线的基本工作原理。
2．绘制并理解天线方向图。
3．根据方向图研究天线的辐射特性。
4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。
【预习问题】1．什么是天线？2．AT3200天线实训系统有那几部分组成，分别都有什么作用？3．与AT3200天线实训系统配套的软件有几个，分别有什么作用？【实验原理】一．天线的原理天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。
但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。
要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。
图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。
开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a。
在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。
如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。
当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。
这样的结构被称为开放式结构。
由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。
图B3-1 传输线演变为天线a.发射机c.b.天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。
(整理)天线测量与微波测量实验讲义1
天线测量与微波测量实验讲义（试用）实验一、喇叭天线方向图的测量一、 实验目的：1、 了解喇叭天线的方向图特性；2、 掌握天线方向图的测量方法。
二、 实验原理：H 面和E 面方向图的计算公式为E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR Hθ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)]+exp[j(π/4)λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]}E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2±j(π/2)t 2]dt=C(x)±jS(x)u1=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u2=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u3=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]}u4=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]} w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w2=[b h/(2λg R E)1/2]-{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}三、实验装置：测量方向图所需的基本设备可分为发射系统和接收系统两大部分。
测试面式天线方向图实验报告
实验报告 实验二 测试面式天线方向图使用仪器型号和编号：（1）选频放大器：型号（ YM3892 ）和编号（ 36 ）； （2）射频检波器：型号（ DH20A000 ）和编号（ 990011-4 ）； （3）被测天线：组别（ 3 ）； （4）手动云台：编号（ 930698 ）；一．结构尺寸和电尺寸参数表二．测量方向图场地参考因素1．信源特征：工作频率：λ = 3cm ，f = 10GHz ;结构尺寸：D E （ 110 ）mm 、D H （ 180 ）mm 、R H （ 160 ）mm 、R E （ 160 ）mm ；2．计算结论(A)λ2min )(2D R =； 辅助天线远场测试区的最小测试距离：E R min （ 2160 ）mm ；实际满足测试要求的测试距离：E R （ 3000 ）mm ；(B)220min θtgR H ∙=； 估算辅助天线远场测试区的最低高度：E H min （ 190 ）mm ；实际满足测试要求的测试高度：H（ 1320 ）mm；E三．绘制方向图实验测量数据：1．第一组A型，第一组B型，第一组C型对数极坐标图E面对数极坐标图 H面A 型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 22.2 deg ); 5.02H θ= ( 21 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 16.56 deg ); 5.02H θ= ( 21.23 deg );B 型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 20.3 deg ); 5.02H θ= ( 14 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 13.95 deg ); 5.02H θ= ( 18.18 deg );C 型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 19.3 deg ); 5.02H θ= ( 20 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 12.05 deg ); 5.02H θ= ( 15.9 deg );2．第二组 A ‘型，第二组 B ’型，第二组 C ‘型对数极坐标图 E 面对数极坐标图 H面A ‘型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 20.5 deg ); 5.02H θ= ( 20 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 13.95 deg ); 5.02H θ= ( 18.18 deg );B ‘型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 20.3 deg ); 5.02H θ= ( 14 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 13.95 deg ); 5.02H θ= ( 18.18 deg );C ‘型 半功率张角实际测试值：5.02E θ= ( 22.7 deg ); 5.02H θ= ( 16 deg );()E E E d d /53/443.0sin 2215.0λλθ≈=-; ()H H H d d /80/592.0sin 2215.0λλθ≈=-；半功率张角经验计算值：5.02E θ= ( 13.95 deg ); 5.02H θ= ( 18.18 deg );四．实验分析：（1）根据两组喇叭天线的方向图，分析与天线主副瓣关系；H 面喇叭天线的主瓣和副瓣大小相当，且只存于主瓣的对称位置。
方向图测量
辅助源天线
待测接收天线
D β << 2θ 0.5 β≈ r 1 令最大允许的β 值为： β = 2θ N
0 .5
强方向天线：
2θ 0.5 ≈
λ
rmin =
ND 2θ 0.5
NDD ′
D′
rmin ≥
λ
收、发天线均匀强方向性天线
N值所相对应的最小测试距离和待测电线孔径接收功率的最大变化关系
N = 2θ 0.5 β
r W ≥ 2 ⋅ 75
dt <
源天线和待测天线之间的距离
锥形无反射室几何尺寸的设计经验数据为：
λr
4d r
待测天线到侧壁的垂直距离 （a）矩形无反射室 （b）锥形无反射室
源天线到侧壁的垂直距离
4米 X 4米 X 8米微波暗室 微波暗室
4米 X 4米 X 8米微波暗室 微波暗室
大型微波暗室
大型微波暗室
直观、简单，从方 向图可以直接看出 天线辐射场强的空 间分布特性
不直观，较难以直 接看出天线辐射场 强的空间分布特性
当天线方向图的主 瓣窄而副般电平低 时，极坐标标绘制 法显示缺点
坐标系
(a)极坐标
(b)直角坐标
方向图的归一化
相对场强 相对场强
分贝
等值线绘制方向图
直角坐标
直角-抛物线坐标 优点是可以在简单的纸平面 上看出空间的方向特性
平面近场测量系统
平面近场测量系统
球面近场测量系统
紧缩场测量系统
反射测试场
1.地面的不平度应满足公认的瑞利准则
∆h <<
16 sin θ
λmin
2.入射射线与地平面之间的夹角 θ 应小 3.为了使地面的反射较理想和稳定， 必要时可以铺设地网。为了避免地面 波效应，天线的建设高度以大于2个 波长为宜。 4.待测天线最好架设于垂直面驻波 干涉图的第一个峰值处。
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中国石油大学近代物理实验报告班级：材料物理10-2 姓名：同组者：教师：设计性实验不同材质天线的方向图测量【实验目的】1．了解天线的基本工作原理。
2．绘制并理解天线方向图。
3．根据方向图研究天线的辐射特性。
4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。
【预习问题】1．什么是天线？2．AT3200天线实训系统有那几部分组成，分别都有什么作用？3．与AT3200天线实训系统配套的软件有几个，分别有什么作用？【实验原理】一．天线的原理天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。
但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。
要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。
图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。
开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a。
在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。
如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。
当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。
这样的结构被称为开放式结构。
由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。
图B3-1 传输线演变为天线a.发射机c.b.天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。
图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通路的简单方框图。
在发射端，发射机产生的已调制的高频震荡电流经馈电设备传输到发射天线，发射天线将高频电流转变成无线电波——自由电磁波向周围空间辐射；在接受端，无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。
从上述过程可以看出，天线除了能有效地辐射或者接收无线电波外，还能完成高频电流到同频率无线电波的转换，或者完成无线电波到同频率的高频电流的转换。
所以，天线还是一个能量转换器。
研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。
我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell ）方程组。
因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。
二．天线的分类天线的形式很多，为了便于研究，可以根据不同情况进行分类。
按用途分类，有发射天线，接收天线和收发公用天线。
按使用范围分类，有通信天线，雷达天线，导航天线，测向天线，广播天线，电视天线等。
按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。
按使用波段分类，有长波、超长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线和微波天线。
按天线外形分类，有T 形天线，V 形天线，菱形天线，鱼骨形天线，环形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等等。
从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由半径远小于波长的金属导线构成的线状天线——称为线天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线——称为面天线。
线天线主要用于长、中、短波波段，面天线主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。
线天线和面天线的基本辐射原理是相同的，但分析方法则有所不同。
三．天线的辐射方向图研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。
电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工图B3-2无线电通信系统中的信号通道简单方框图发射天线接收天线传播电磁波作的频带宽度。
根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。
如果天线没有方向性，对发射天线来说，它说辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接受到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪声中。
因此，一副好的天线，在有效地辐射或接收无线电波的同时，还应该具有为完成某种任务而要求的方向特性。
天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。
即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。
为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。
天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。
所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。
实际应用中，我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。
方向图还可以用分贝（dB ）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。
天线某方向的分贝数的计算方法见公式（B3-1），其中P 为某方向的功率通量密度，max P 为最大功率通量密度。
绘制方向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。
极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。
max()10lg ()P p dB dB P =⨯ （B3-1） 通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。
用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。
图B3-3是极坐标下天线方向图的一般形状。
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中图B3-3 极坐标下天线方向图一般形状第一副瓣最大的为第一副瓣。
下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：(1) 主方向角。
指主瓣最大值对应的角度；(2) 主瓣宽度。
也称零功率点波瓣宽度（Beam Width between First Nulls, BWFN ）,指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，即02θ。
主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；(3) 半功率角。
也称半功率点波瓣宽度（Half Power Beam Width, HPBW ）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB （-3dB=10*lg<1/2>dB ），即0.52θ；(4) 副瓣宽度。
指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；(5) 副瓣电平（Side Lobe Lever, SLL ）。
指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公式（B3-2），其中：max 2P 和max P 分别为最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。
max 2max10lg ()P SLL dB P =⨯ （B3-2） 【实验器材】本实验的实验装置为AT3200天线实训系统。
本系统包括可以提供500MHz 、2GHz 、10GHz 的RF 信号源和天线方向控制器，以及可以在计算机上仿真天线复制图和特性的仿真软件。
因为本天线实训系统使用信号的频率较高，所以它能够在较窄的空间（如100m ）实验天线的传播特性。
而且系统的移动和保管也比较方便。
图B3-4为本实验装置的一个示意图：本实验装置主要包含以下几个主要部件：1． 主控器2． 发射器3． 接收器4． 各种天线的类型：铝线、镍铬合金和铁线【数据处理】图B3-4 AT3200天线实训系统设备示意图图1、极坐标系下的八木天线图图2、直角坐标系下的八木天线图图3、3D下的八木天线方向图图4、极坐标系下的八木（铝线）天线图图5、直角坐标系下的八木（铝线）天线图图6、3D下的八木天线（铝线）方向图图7、极坐标系下的八木（铁线）天线图图8、直角坐标系下的八木（铝线）天线图图9、3D下的八木天线（铁线）方向图图10、极坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图图11、直角坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图图12、3D下的八木天线（镍铬合金线）方向图图13、八木（水平——铝线）图14、八木（水平——镍铬合金线）图15、八木（水平——铁线）分析：从以上图像中，我们可以发现，当将八木天线换成不同的材料之后，天线的方向性将会发生改变，其主方向角和主瓣宽度等都会发生变化，而且变化较为明显，接收信号的宽度也就会相应的改变，但我们也可以发现铁线，铝线和镍铬合金线形成的方向图明显的不规则，这也和在替换材料时的人为因素有关，因为替换材料之后，天线会必然出现不直，分布不均匀等现象！图16、3D下八木（水平——铝线）天线方向图图16、3D下八木（水平——镍铬合金线）天线方向图图16、3D下八木（水平——铁线）天线方向图【思考题】1. 什么是天线方向性图？答：天线方向图就是通过测量天线在空间不同角度的相关残参量值，在绘制在直角坐标系或者极坐标系中，表示天线相关参量在空间不用角度分布情况的坐标图片。
2. 测量天线方向图的方法分别有几种，并说明？答：测量天线方向图的方法主要有两种，分别为固定测量法和旋转测量法，固定测量法主要用于大型天线，由于转动不便，故待测天线固定，辅助天线在空中或地面绕待测天线旋转，得到不同角度的辐射强度，即可绘制出天线方向图。
另一种方法是旋转测量法，待测天线旋转，辅助天线固定不动，然后通过测量得到方向图。
【原始数据】八木(水平——铝线）.atn八木铝.atn八木（水平——铁线）.atn八木铁.atn八木（水平——镍铬合金） .atn镍铬.atn。