电磁场与微波技术实验天线部分实验一.doc

电磁场与电磁波实验报告 电路测试特性类 班级： 姓名： 学号： 日期：2014-3-11 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:重点观察谐振点与天线电径关系（ 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。 由于使用坡印亭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hλ时，可认为R≈40 。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=60[ln(2h/a)-1]。 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，φ 3， φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况。在smith圆图上的输入阻抗曲线上，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，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。记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点 设置参数: BF=600，?F=25，EF=2600，n=81 四、实验数据 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 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 当被测天线的电径为Φ1=1mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布： 图4.3 Φ1=1mm阻抗分布图 由实验数据可得其第一谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点） F11=1250Mhz，RL =-20.4dB，SWR= 1.210，R=41.36Ω 由实验数据可得其第二谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点） F12=2450Mhz，RL =-1.44dB，SWR= 12.01，R=600.6Ω 当被测天线的电径为Φ3=3mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布： 图4.4 Φ3=3mm阻抗分布图 由实验数据可得其第一谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点） F31=1100Mhz，RL=-11.4dB，SWR=1.728，R=28.98Ω 由实验数据可得其第二谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点） F32=2000Mhz，RL=-3.10dB，SWR=5.662，R=283.0Ω 当被测天线的电径为Φ9=9mm时，可在Smith圆图上得到如下阻抗点分布： 图4.5 Φ9=9mm阻抗分布图 由实验数据可得其第一谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点） F91=1050Mhz，RL=-9.39dB，SWR=2.025，R=24.69Ω 由实验数据可得其第二谐振点处频率（jX=0）约为（取最接近点）F92=1600Mhz，RL=-6.73dB，SWR=2.706，R=135.3 Ω 五、实验结果分析 观察以上三幅实验数据图和谐振点位置可以得到以下结论： 电磁波频率影响天线阻抗特性。电磁波的频率不同天线的阻抗与电抗性质也随之不同，因此需要根据所发送、接受的电磁波频率改变匹配阻抗。 实际情况下阻抗特性不为圆形。理想状态下，天线的阻抗原图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实际天线的阻抗原图不是很规则，随着频率的增加，其阻抗特性成非线性变化。 天线电径越粗非线性越明显，谐振点频率越低。这一点除了天线本身的粗细对空间电磁场的影响外，我猜想还有振子天线的“末端效应”引起。振子导体有一定直径，使振子馈电端和两个末端的分布电容增大，馈电端的效应使得附加电容与天线输入阻抗一起并联在馈电传输线上引起误差；两个末端效应使得末端电流不为零，这将使振子的等效长度增大，造成谐振长度缩短。显然振子越粗缩短效应越明显。 故在工程上使用天线时需要注意，虽然常采用加大振子直径的