实验五天线的输入阻抗与驻波比测量

实验五天线的输入阻抗与驻波比测量

一、实验目的

1.了解单极子的阻抗特性，知道单极子阻抗的测量方法。

2.了解半波振子的阻抗特性，知道半波振子阻抗与驻波比的测量方法。

3.了解全波振子的阻抗特性，知道全波振子阻抗与驻波比的测量方法。

4.了解偶极子的阻抗特性，知道偶极子阻抗与驻波比的测量方法。

二、实验器材

PNA3621及其全套附件，作地用的铝板一块，待测单极子3个，分别为Φ1，Φ3，Φ9，长度相同。短路器一只，待测半波振子天线一个，待测全波振子天线一个，待测偶极子天线一个。

三、实验步骤

1.仪器按测回损连接，按【执行】键校开路；

2.接上短路器，按【执行】键校短路；

3.拔下短路器，插上待测振子即可测出输入阻抗轨迹。

4.拔下短路器，接上待测半波振子天线，按菜单键将光标移到【移+】处，设置移参数据约，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。

5.拔下短路器，接上待测全波振子天线，按菜单键将光标移到【移+】处，设置移参数据约，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。

6.拔下短路器，接上待测偶极子天线，按菜单键将光标移到【移+】处，设置移参数据约，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。

四、实验记录

单极子∅3：

单极子∅2：

单极子∅1：

偶极子：

半波振子：

全波振子：

五、实验仿真

以下为实验仿真及其结果：

六、实验扩展分析

单极子天线是在偶极子天线的基础上发展而来的。最初偶极子天线有两个臂，每个臂长四分之一波长，方向图类似面包圈；研究人员利用镜像原理，在单臂下面加一块金属板，变得到了单极子天线。单极子天线很容易做成超宽带。至于其他方面的电性能，基本与偶极子天线相似。

上图左边为单极子，右边为偶极子。虚线根据地面作为等势面镜像而来，单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。因此可以理解为：上半个偶极子+对称面作为接地=单极子。由于单极子接地面就是偶极子的对称面，因此单极子馈电部分输入端的缝隙宽度只有偶极子的一半，根据电压等于电场的线积分，这导致输入电压只有偶极子的一半。又因为对称性，单极子和偶极子的电流大小相同，因此单极子的输入阻抗是偶极子的一半。同理，辐射电阻或辐射功率也是偶极子的一半。

由于单极子只辐射上半空间，而偶极子辐射整个空间，因此单极子的方向性是偶极子的2倍。上半空间这两个天线方向图实际没有区别，只是如前所述当上半空间有相同的场时，对于单极子只需偶极子的一半输入功率。因此，按照方向性系数的定义，单极子方向性是偶极子的2倍。

对于半波振子和全波振子：两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长称为半波对称振子，全长与波长相等的振子称为全波对称振子。

其中半波振子最为常用，且半波振子是研究线天线的基础：

第一、半波振子天线的是“8”字形，无副瓣，在应用中，有一定优势。

第二、半波振子在输入端，电流是波腹点，输入阻抗是+欧姆，通过一定的调节，容易实现谐振，能使输入阻抗为纯电阻，且易与特性阻抗为50欧姆的馈电网络匹配。

第三、当长度超过半波长时，线上出现反相电流，使得天线的方向性下降，增益降低。

七、实验小结

对于此次实验我觉得收获很多。首先，我对天线的输入阻抗及驻波比的测量方法有了一定的掌握并且能熟练运用实验设备。由实验数据可以看出单极子天线在第一谐振点的频率随着天线的尺寸增大而减小，在第二谐振点由于实验误差没有得出具体规律，但理论上来说应为随尺寸增大而减小。在应用中常用半波振子天线，应为它具有更多的优点。另外，老师上课一直强调设备每次运用时都要进行校准，这培养了我们对实验设备进行严格按规定操作的习惯，一定程度上培养了我们做事严谨的习惯。同时，通过实验让我们对天线有了更加感性的认识，了解了一些常见天线的工作原理，并且对其相关特性有了更加透明深刻的认识。在课后运用CST软件进行了天线的相关仿真，进一步巩固知识。其次，提高了我们对CST软件的应用能力，提高了熟练度。同时对于不懂得知识善于去查找资料，培养了我们查找资料的能力。