天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布.docx
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天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布
天线与电波传播
实验一辐射波幅值分布方向性测试
一、实验目的
1•掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法;
2•了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、实验仪器
1•标准信号发生器:
YM1123或XB9A
2.选频放大器:
YM3892或XF—01
3.喇叭天线
4.波导调配器
5.可变衰减器
6.波导元件
三、实验原理及步骤
对于辐射波传输方式,最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性,其表征量是天线方向函数及方向图。
1.系统组成
图1-1系统组成原理框图
2.喇叭天线
工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭,原因是其匹配较好而效率接近100%(G-D)。
但
是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布,虽然其辐射主向仍是口径面法线方向(波导轴线方向),但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算:
E面(yoz面)主瓣宽度
"ose=53—(1-1)
b
H面(xoz面)主瓣宽度
方向系数(最佳尺寸的角锥喇叭)
(1-3)
图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径a1=5.5入,6=2.75入;波
导口径a=0.5入,b=0.25入;虚顶点至口径面距离j1=出=6入。
E面八-mMH
fjt-趴e■0°*
:
相对提幅
图1-2角锥喇叭的三维标高方向图
图1-3为本实验所用喇叭天线示意图:
图1-3实验所用喇叭天线
3•测水平面接收天线方向性
图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角,可测出喇叭天线水平面的方向性(按接收到信号的强弱)。
严格的测量应在微波暗室中进行,这样可以消除反射波影响。
但在微波段,因其传播方向性较强,而且房屋墙壁吸收较强,地面影响也可略去,因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台,它有精确的角度(水平面方位角,垂直面俯仰角)刻度指示。
本实验主要测水平面即方位方向性。
四、实验内容及步骤
按照系统组成原理图连接好设备。
开启信号源,调节其输出电平及频率,选择连续方波内调制方式,重复频率为1KHz左右。
实验室过程中适当调整选频放大器的分贝衰减档
及增益控制旋钮,避免在输出较大时选频放大器指针打表,
1•当两喇叭天线分别相距100cm、50cm时,选频放大器读数各是多少,利用课堂所
学理论分析并阐述为什么。
2•使两喇叭天线相距50cm,转动发射天线,在改变两喇叭天线相对水平角度的同时,观察选频放大器指针读数如何变化,何角度时指针偏转最大、最小,读数各是多少(两喇叭天线相对水平角度记为0°)。
利用课堂所学理论分析并阐述为什么。
3.拆下两喇叭天线,即成口径面天线,比较一下安装喇叭天线与安装口径面天线时系统接收、发射性能,利用所学理论分析并阐述原因。
比较方法一:
使两口径面天线相距
50cm,读出选频放大器指针读数与步骤1结果比较;比较方法二:
以两喇叭天线相距50cm
时选频放大器指针读数为标准,两口径面天线相距多远选频放大器指针能获得此数值。
五、实验注意事项
本实验所使用的仪器设备非常精密且价格昂贵,要求同学们作实验时爱护仪器、正确使用。
系统连接参照指导书上原理图,测量时调节系统中各旋钮要求力度适中且动作徐缓,
一是保护仪器,二是使测量结果更加精确。
另外,注意观察测量放大器表盘的指针是否超出测量范围,如最大值超过满量程刻度的3/4,调节衰减旋钮,降低信号幅值(调节标准
信号发生器、波导系统中的可调衰减器、选频放大器均可)。
六、实验报告
1•出系统的原理框图,并说明喇叭天线在系统中的作用;
2.记录并处理实验数据,得出实验结论;
3.回答问题;
4.讨论误差原因,说明如何避免误差。
附录:
实验所用仪器介绍
1.YM1123为3cm波段信号发生器,本仪器适用于实验室及生产车间条件下,供接收机、测量线及其它无线电微波工程设备作为信号源用。
本仪器采用集成电路,具有体积小、
重量轻、耗电量小、携带和使用方便等特点。
a.技术参数:
频率范围7.5GHz-12.4GHz
输出功率
(1)毫瓦输出:
在电压驻波比不大于1.7的500?
负载时不小于5mw
(2)微瓦输出:
-10dBm〜-10OdBm(在电压驻波比不大于1.7,50?
负载时)。
b.仪器有下列工作方式:
(1)等幅(=),电表及内部直流放大器组成微瓦小功率计,用来测量校准衰减器在100敝
时0dB定标(相当于-10dBm)。
误差为力±dB。
(2)内方波调制
重复频率范围:
x1时,40Hz〜400Hz
X10时,400Hz〜4000Hz
刻度误差:
戈0%±0Hz
前后沿均不大于0.5必
(3)内脉冲调制
重复频率范围:
Xl时,40Hz〜400Hz
X10时,400Hz〜4000Hz
刻度误差:
戈0%±0Hz
宽度范围:
1必〜30
刻度误差:
戈0%±).2必
前后沿均不大于0.2必
(4)延迟范围:
3必〜300必
刻度误差:
戈0%±pS
f重不大于2000Hz时,延迟范围可达300PS
f重大于2000Hz时,延迟范围由O.6X106/f重(pS)确定。
(5)外整步可接受重复频率为40Hz〜10KHz的正或负极性,幅度为4〜I8V的脉冲信
号(其输出高频调制脉冲宽度、延迟与内调制时相同)。
(6)外调制可接受重复频率为40HZ〜10KHZ,宽度为0.5PS〜300^So幅度为4〜I8V正
或负极性的脉冲信号。
(7)整步脉冲输出,无论内或外调制内方波调制时(负载阻抗不小于10K?
,负载电容
小于20PF),仪器均能给出前沿优于0.5PS及不小于2V,整步脉冲信号输出。
本仪器调制方式,是在高频输出系统中,采用同轴PIN调制器,调制深度》26dB。
C.面板调节控制机构作用介绍
面板调节控制机构示意图见附图1—1。
(1)电源开关按下,仪器电源接通到规定的预热时间仪器即开始正常工作。
(2)工作状态开关:
按“”或“I”键可改变工作状态,指示灯也相应改变。
(3)“调谐”旋钮调节可改变输出频率。
(4)“调零”旋钮调节可改变电表电气调零。
(5)“衰减调节”旋钮可控制输出电平。
(6)“衰减调零”为100川基准OdB校准。
(7)“XI、x10”开关:
调制信号重复频率开关。
(8)“重复频率”旋钮调节可改变调制信号重复频率。
(9)“脉宽”旋钮调节可改变调制信号脉冲宽度。
(10)“延迟”旋钮调节可改变调制信号脉冲延迟时间。
d.使用方法
(1)电源开关置于“开”时,工作状态指示灯亮。
(2)工作状态选择置于“等幅”,作大信号或无定标要求应用时,调节“衰减调节”可控制输出功率的大小,反时针调节,信号输出增大,衰减显示减小。
顺时针调节,信号输出减小,衰减显示增大。
(3)作小信号定标要求应用时,调节“调谐”旋钮,选定所需频率指示,“衰减调节”
顺时针调至极端上,将仪器附带的功率探头,其带探头的一端与仪器背后的三线插座联接,探头一端与输出孔联接,工作状态置于“外调制”,调节“零点”旋钮,校准表头电气零
点,工作状态置于“等幅”,然后“衰减调节”反时针慢摇,至电平指示为100^A刻度上,
调节“衰减调零”旋钮,使衰减显示为000.0的位置。
校准后,衰减器读数为0dB相当于
100^W(-10dB),最后拆下功率探头与被测仪器联接。
若要改变工作状态只须根据工作状态选择按键置于选定位置即可。
(4)“方波”与“脉冲”状态时,其重复频率范围与倍乘范围是共用的,都可以连续调节的。
(5)“外调制”或“外整步”工作状态时,输入脉冲信号均由外脉冲插座输入。
(6)仪器面板上三个顺序排列的电位器,自左起分别为“重复频率”、“脉宽”、“延迟”
的调节系统。
(7)仪器在输出功率不大于5mW寸,保证频率精度。
构机制控节调板W1-1图附
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2.YM2892选频放大器是一种检测微弱信号的精密测量放大器,与测量线配套,可以
-6-
测量信源频率与负载阻抗等等。
a.技术参数:
⑴工作频率:
1000Hz,可调范围不小于40Hz
⑵通频带:
16Hz、24Hz、32Hz、40Hz、±20%
(3)灵敏度:
在阻抗为200?
,电表满度偏转情况下,
⑷表头刻度:
刻度0〜1000mV
分贝0〜l0dB
驻波比1〜4,3〜10
非线性误差:
小于满刻度值的5%
⑸放大器量程:
0〜60dB,每10dB±0.5dB步进
0〜5dBi0.2dB
0〜5dB连续可调
⑹输入阻抗:
200?
2000K?
b.调节机构
附图1-2调节机构示意图
(1)表头
(2)分贝壳选择开关:
0〜60dB步进。
(3)频率调节:
调谐输入信号频率。
(4)输入阻抗转换开关:
分200?
、200K?
两档。
(5)接地
(6)增益控制旋钮:
可在0〜5dB连续调节。
(7)带宽控制开关:
按需要可选择16、24、32、40Hz四档带宽。
(8)输入接头:
Q9
(9)0/5dB选择开关。
(10)电源开关:
左边按下为开机状态。
c仪器使用方法
准备工作:
(1)检查输入交流电源电压是否正确。
(2)表头机械调零:
在电源不接通时,使表头指示指零。
(3)分贝开关不要放在50dB、60dB位置,以免工作时因信号过大损坏表头。
(4)增益电位器放在中间位置。
(5)接通电源,预热30分〜1小时后,再进行系统测试。
仪器使用:
(1)输入信号,选择输入阻抗200?
或200k?
。
(2)按被测信号的强弱选择分贝开关的位置,0dB可输入信号最大。
(3)通带调节:
仪器通带分16Hz、24Hz、32Hz、40Hz四档,当仪器灵敏度能满足要求时,选择较宽的通频带,仪器性能较稳定。
(4)频率调节:
每次使用或通带换档时,频率调节都要调谐到信号最大。
旋钮顺时针转动为频率降低。
(5)增益调整:
配合分贝转换开关控制信号的大小,一般增益开关放在中间或中间偏上的位置。
旋钮顺时针旋转输出信号增大。
(6)0/5dB开关一般放在正常位置。
驻波比的测量:
按一般驻波比测量法,可直接在驻波比刻度1〜4上读出被测负载的驻波比。
当驻波
比读数大于3.2时,分贝开关可顺时针方向旋转一档,在驻波比刻度3.2〜10上读出驻波
比。
d.注意事项:
仪器使用中发现表头超过范围打表头时,首先应调节分贝开关,逐档降低分贝指示读数,若不起作用应停止使用,待找到原因并消除故障后再使用。
仪器应远离强电磁场,避免机械振动,以免影响测试数据。
3.可变衰减器。
其作用相当于可调电位器,旋动上部旋钮(有刻度标志)可改变吸收片插入波导深度,从而达到改变衰减量的目的。
4.双T调配器。
相当于在一般波导上并联和串联各一可调电抗(通过改变短路波长度实现电抗阻值变化)。
5•本实验所使用波导为WJB-100,其截面尺寸:
a=22.8mm,b=10.16mm。