天线测量与微波测量实验讲义.doc

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
实验目的:
了解喇叭天线的方向图特性;
掌握天线方向图的测量方法。
实验原理:
bh
2ψOE
2ψOH
RE
RH
o
X
Y
Z
ah
a
b
-je-jKR
角锥喇叭天线如上图所示,H面和E面方向图的计算公式为
2λR
EH= (1+cosθ)E0b[(λRH)/8]1/2{exp[j(π/4)λRH
((1/ah)+(2sinθ/λ))2][C(u1)+C(u2)-jS(u1)-jS(u2)]
+exp[j(π/4)λRH((1/ah)-(2sinθ/λ))2][C(u3)+C(u4)
-jS(u3)-jS(u4)]}
x
EE={1+[1-(λ/(2a))2]1/2cosθ}{[C(w1)+C(w2)]2+[S(w1)+S(w2)]2}1/2
0
式中:∫exp[±j(π/2)t2]dt=C(x)±jS(x)
u1=(1/2)1/2{[ah/(λRH)1/2]+(λRH)1/2[(1/ah)+(2sinθ/λ)]}
u2=(1/2)1/2{[ah/(λRH)1/2]-(λRH)1/2[(1/ah)+(2sinθ/λ)]}
u3=(1/2)1/2{[ah/(λRH)1/2]+(λRH)1/2[(1/ah)-(2sinθ/λ)]}
u4=(1/2)1/2{[ah/(λRH)1/2]-(λRH)1/2[(1/ah)-(2sinθ/λ)]}
w1=[bh/(2λgRE)1/2]+{[(2λgRE)1/2/λ]sinθ}
w2=[bh/(2λgRE)1/2]-{[(2λgRE)1/2/λ]sinθ}
w1=[bh/(2λgRE)1/2]+{[(2λgRE)1/2/λ]sinθ}
w1=[bh/(2λgRE)1/2]+{[(2λgRE)1/2/λ]sinθ}
w1=[bh/(2λgRE)1/2]+{[(2λgRE)1/2/λ]sinθ}
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。发射系统由信号源、传输系统和发射天线组成,接收系统
一般由接收天线、检波装置和指示器组成。本实验将被测天线
指示器
作为接收天线。实验所用设备方框图如下
辅助发射天线
隔离器
信号源
同轴电缆
接收天线
检波器
波导同
轴转换
被测天线安装在方位角可旋转的支架上。
实验内容和步骤:
1、选择测试距离。
2、测量角锥喇叭天线的H面方向图(由于条件所限,暂不测E面方向图)。测量时找准最大辐射方向,否则测试结果误差很大。
可以近似这样来找最大辐射方向,先粗略找出最大辐射方向,根据方向图对称性,左右旋转到读数相等处,此二方向之角平分线
方向即为最大辐射方向,至少应检验两次。以此最大辐射方向作
为θ=00的方向。选择适当的角度间隔测量方向图(在方向图变化
快的部分测试的点应密集一些,在方向图变化缓慢的部分测试的点可稀疏一些)。
实验注意事项:
1、由于条件所限,不能测晶体定标曲线,故应适当选择信号源的输出功率,使得检波电流的最大值不超过10微安,这样就可以认为检波器是平方律检波。
2、由于测量天线方向图的仪器设备仅有一套,要求在实验过程中一定要注意正确使用仪器,避免损坏仪器;
3、在测试过程中不要改变信号源的输出功率。
六、预习要求:
1、计算测试距离;(喇叭口面尺寸为:ah=140mm,bh=104mm,工作频率f=)
2、复习角锥喇叭天线方向图变化规律;
3、设计出记录数据的表格;
4、写出预习报告;
5、复习测试天线辐射特性时对最小测试距离的要求。
七、实验报告要求:
1、写出实验名称、作者、同作者、实验原理,画出实验装置方框图,注明测试条件(包括测试距离、天线架设高度等);
2、根据测试结果在坐标纸上画出方向图;
3、根据所测方向图求出半功率波瓣宽度;
4、分析可能引起测量误差的因素。
实验二、喇叭天线增益的测量
一、实验目的:
1、掌握用相同天线法测量天线增益的原理;
2、学会用相同天线法测量喇叭天线增益的方法。
二、测量原理:
根据收发天线在自由空间的最大功率传输公式(假定极化匹配,无失配损耗)
Pr=P0GtGr[λ/(4πR)]2
式中: Pr—为接收天线的接收功率;
P0—为发射天线的输入功率;
Gt、Gr—分别为发射、接收天线的增益系数;
λ—天线的工作波长;
R—收、发天线之间的距离(R必须满足远区最小测试距离)。
假定两天线完全相同,即Gt=Gr=GX—两相同天线法,则
GX=[(4πR)/λ](Pr/