北邮电磁场与微波实验天线部分实验一.docx

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北邮电磁场与微波实验天线部分实验一

信息与通信工程学院

电磁场与电磁波实验报告

——天线部分

班级：

学号：

班内序号：

姓名：

实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗

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振子电径变化的情况。

注：

重点观察谐振点与无线电径关系（λ/4、λ/2）。

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2.1单振子天线原理图

由于使用坡印廷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

。

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

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）更换不同电径（Φ1，Φ3，Φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况。

设置参数：

BF=600，ΔF=25，EF=2600，n=81。

四、实验数据

校正

（1）将导电平面接入短路线进行校正，得到的阻抗点分布：

图4.1短路校正阻抗分布图

（2）将导电平面接入开路线进行校正，得到的阻抗点分布：

图4.2开路校正阻抗分布图

被测天线的电径为Φ1=1mm时

（1）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，如图所示

图4.3Φ1=1mm阻抗分布图

由实验数据可得其第一谐振点处频率约为（取最接近点）F11=1250MHz，电阻R11=43.34Ω,SWR11=1.153,RL11=-22.9dB.

（2）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，如图所示

图4.4Φ1=1mm阻抗分布图

第二谐振点处F12=2450MHz，电阻R12=636.5Ω,SWR12=12.73,RL12=-1.36dB.

被测天线的电径为Φ3=3mm时

（1）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，如图所示

图4.5Φ3=3mm阻抗分布图

由实验数据可得其谐振点处频率约为（取最接近点）F31=1125MHz，电阻R31=34.30Ω,SWR31=1.457,RL31=-14.6dB.

图4.6Φ3=3mm阻抗分布图

第二谐振点处F32=1975MHz，电阻R32=278.3Ω,SWR32=5.566,RL32=-3.15dB.

被测天线的电径为Φ9=9mm时

（1）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，如图所示

图4.7Φ9=9mm阻抗分布图

由实验数据可得其谐振点处频率约为F91=1025MHz，电阻R91=26.61Ω,SWR91=1.881,RL91=-10.2dB.

（2）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，如图所示

图4.8Φ9=9mm阻抗分布图

第二谐振点处F92=1600MHz，电阻R92=131.4Ω,SWR92=2.629,RL92=-6.95dB.

五、实验结果分析

通过对3种不同直径的天线的smith圆图的测量，发现随着天线直径的增大，天线的阻抗特性变化越大，理想状态下天线的smith圆图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实验结果发现9mm天线的smith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。

被测天线的电径对天线的阻抗是基本不产生影响的，上述三图中阻抗有差别主要是因为三根振子粗细不同因而对空间电磁场产生了一些影响导致了天线阻抗的变化，本质上是不影响的。

天线的电阻随着频率的变化是不断变化的，频率变化范围为1025KHz到2450KHz，变化的趋势为——在前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加电阻增加。

电抗始终为负值，但随着频率的增大其绝对值在减小。

理想情况下（不考虑电径），天线的谐振频率只跟电长度（本实验中是高度）有关。

实验结果表明，天线电径对谐振频率有影响，电径越大，谐振点频率越小。

而根据电磁波理论，天线电长度为1/4波长的整数倍时，天线能够谐振。

若电径Φ趋近于0，则两次谐振频率比大致趋近于2，又由于这是前两次邻近的谐振，所以可得出第一次谐振时天线电长度为λ/4，第二次谐振时天线电长度为λ/2。

但随着电径的增大，电磁场分布越来越受到由电径带来的复杂干扰，谐振频率下降，且较高频的第二谐振点下降更多，这两个频率比不再是2，不能简单地以λ/4和λ/2分析，说明越高频时电径对电磁场影响越大。

谐振频率、电磁场分布都受电径影响，所以谐振时其他参数也受电径影响。

表现为电径越大，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，且越高频影响越明显。

可见选用越细的天线越好，这也是为何收音机天线比较细的缘故。

取比较接近理想状态的1mm粗天线分析，当其工作在固有频率（电长度为λ/4）时，电阻接近市面上流行的50Ω，反射系数也较低接近1。

可见这是性能比较好、比较通用的天线，而3mm次之，9mm最差。

六、心得体会

通过这次实验，我了解了网络分析仪，学会了网络分析仪的一些简单用法，掌握了网络分析仪校正方法，学会了用网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法，研究了振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。

实践和先前的理论总是有差距的。

实验之前我以为区区天线长度对谐振频率、输入电阻等参数不会有什么影响。

然而实际做了之后，才发现由于各种影响因素太多，现实的测量值跟预想的差别很大：

9mm粗的天线竟让前两次谐振频率比降到了1.561的程度，已经不能拿原先的理想模型进行分析了虽然中间出现过很多次不知该如何操作的问题，但我们在“勇于尝试”下都一一解决了。

当时由于实验室快要关门了，周围没有人，所以实验只要规范校正应该是没问题的。